电子工程系

Department of Electronic Engineering

下列实验室按拼音顺序排序:

一. 光纤传输技术课题组

二. 集成光电子学实验室

三. 纳米光电子物理及器件实验室

四. 微纳光电子学实验室

 

一. 光纤传输技术课题组

研究方向:

本课题组的主要科研方向是高速大容量密集波分复用光纤传输技术。20年来,在承担多项863计划、自然科学基金委等有关密集波分复用技术的课题,包括从4?622Mb/s到N?40Gb/s和Tb/s光网络的光纤传输系统的研究,并承担和成功组建了自然科学基金委资助的中国高速互连研究试验网(NSFCnet)的光纤传输实验系统。在一些关键技术的研究中达到了国际先进水平,如DWDM传输系统的色散管理技术、全光波长转换技术、FEC技术、光信号质量在线监测技术、高速DWDM系统环路测试技术和光路径保护与恢复策略,以及若干基于光纤光栅、光子晶体光纤的相关器件等。目前,为进一步开发光网络具有丰富的波长资源,提高频谱利用率和绿色节能光网络技术,本课题组在如下技术领域开拓发展:

OFDM:

正交频分复用(OFDM)作为一种特殊的信号复用方式,由于具有对光纤色散、偏振模色散的容忍度高,频谱利用率高,对调制格式透明,频谱分配方便灵活等优点,近年来被广泛的应用于光通信系统中。
实验室在光OFDM系统方面进行了广泛而深入的研究:提出并实现了基于光纤布拉格光栅(FBG)的全光采样OFDM系统,为突破电子瓶颈,实现光OFDM信号的实时接收提供了一种可行的方案。基于此方案,实验室在国内率先实现了速率高达1Tb/s的全光OFDM信号传输,并进行了实时解调。
此外,实验室还提出了基于快速傅立叶变换(FFT)的超密集OFDM信号复用和解复用方法,大大提高了系统的工作效率,提高了系统的频谱效率。实验室还对OFDM在无源光网络(PON)中的应用进行了探索,提出并实现了基于周期性滤波器的“无色”光网络单元(ONU)实现方案,并且利用OFDM信号处理灵活的特点提出ONU对下行OFDM信号进行选择性的方案,有望大大降低ONU的实现成本,推动OFDM-PON的大规模应用

RoF(光纤无线技术):

随着光纤传输技术的飞速发展,以及微波技术高频化、宽带化的需求,利用光纤代替传统铜导线来传输高频微波信号,以光纤链路低损、大带宽的优势突破传统铜线的频率限制,从而解决高频微波信号从中心站到各个基站的远距离传输问题,这就是所谓的RoF技术。这种技术充分发挥了无线技术的灵活接入和光纤技术宽带传输两方面的优势,适用于各个微波频段与多种调制格式,是未来接入网的必然发展趋势和有效解决途径。
基于RoF技术的光传输系统,即RoF系统,主要有三个主要部分组成,分别为中心站(Central Station,CS)、光纤链路和远端基站(Base Station,BS),不仅具备光纤系统所共有的优点,而且可以进一步简化基站结构、减小蜂窝半径、实现信号格式完全透明,同时系统中的资源管理和信号处理被转移到中心站,便于对整个系统进行集中管理和调配,因此可以大大降低系统成本,利于业务拓展和升级。目前实验室也在光生微波信号、超宽带无线接入(60GHz)以及光载超宽带系统(UWB over fiber)等方面开展了广泛的研究。
另外,实验室最新开展了基于微波光波融合的新一代智能光载无线系统(I-RoF,Intelligent RoF)的研究,基于这项技术不仅仅可以实现传统RoF技术的全波段透明传输,而且具有高频宽带微波与光波高效转换、微波信号高精细度处理以及多波段多制式无线信号的处理和管控等。

高速光子感知系统

传统光纤通信的高速信号处理技术结合显微学、生物学、微流及纳米技术等发展新的超高速光子感知交叉学科,在科学研究、工业生产、生物技术及军事领域具有广泛应用;目前实验室已经建立了超高速光子扫描成像系统,实现了高于目前成像技术1000倍以上的快速扫描成像,6毫米的显微视野及40微米的成像精度。

微波光子学

人们日常生活和国防战略对微波技术的依赖程度越来越高,要求微波系统具有高效实时、宽带覆盖、大动态范围和高灵敏度等特点,而现有现有技术手段难以有效满足这些需求,成为制约系统应用的瓶颈。微波光子技术利用光子手段实现实现微波信号的产生、传输、处理和控制,充分发挥了无线灵活接入和光子器件高频、宽带优势,应用前景广阔。目前,本实验室结合已有条件和基础开展了高性能微波、毫米波光学产生、高精度瞬时频率测量、光子压缩采样、模拟光信号处理以及高线性射频光前端等研究工作,解决了多个研究难点和技术挑战,并且将微波光子系统向着实用化和集成化推进。

硅基光子学

硅基光子学相对于传统的分立器件,具有器件尺寸小、功耗低、适合大规模集成、与CMOS技术兼容等优势,光通信、光互连等领域有广泛的应用,是未来解决集成芯片功耗以及速率问题的一个重要解决方案。目前实验室已经针对硅基波导、滤波器、分束器、延时器、复用器、解复用器等领域进行了广泛的研究;建立了半自动硅基芯片测试系统一套,正在搭建的测试系统一套;相关系统实验领域光源、传输、探测、测试设备齐全。
光纤光栅:光纤光栅是利用光纤材料的光敏性,在纤芯内形成空间相位光栅。通过纤芯中沿纵轴周期性的折射率调制对光的布拉格散射,形成一个窄带的滤光器或反射镜。光纤光栅具有体积小、波长选择性好、不受非线性效应影响、极化不敏感、易于与光纤系统连接等优点。本课题组拥有制作光纤光栅的紫外激光器等全套设备。在光纤光栅设计、制作方面具有多年的工作基础。

光子晶体光纤:

光子晶体光纤(Photonic Crystal Fibers, PCFs),也称微结构光纤(Microstructure Fibers, MFs)或多孔光纤(Holey Fibers, HFs),是继单模光纤和高非线性光纤之后出现的一种新型的导光介质。其包层由折射率周期性分布的透光材料形成,纤芯由周期性被破坏的缺陷形成。按导光机理的不同,主要分为折射率引导型光子晶体光纤和光子带隙型光子晶体光纤。由于其独特的结构,其双折射、有效模式面积、色散、非线性等参数具有高度可调节性。使之在光谱学、生物医学、光纤传感、光纤激光器、非线性光学、光通信等领域具有广泛的应用前景。
本课题组在这一领域已经有了多年的研究基础。开发出了一款以时域有限差分法(FDTD)和频域有限差分法(FDFD)为核心算法的仿真软件,并已获得国家知识产权局的版权授权。可对任意结构的光子晶体光纤进行仿真。经与工业界合作,设计并制作了多种光子晶体光纤。利用制作的PCF进行了一系列应用研究,受到了学术界的好评。其中,本课题组在光子晶体光纤的两个研究工作发表后先后被Photonics Spectra当作重要进展予以专题报道。

非线性光纤光学:

光纤中的非线性效应源自光纤中强度相关的折射率指数和受激非弹性散射。本组主要研究基于光子晶体光纤的全光参量波长变换、参量放大以及参量振荡器。全光波长变换,是通过非线性媒质,将已有波长变换到新的波长。变换后的波长可以覆盖从紫外到中红外的大跨度波段。因此波长变换提供了一种产生特殊波长辐射的有效手段。光纤参量振荡,利用光纤参量放大效应带宽大、增益高等特点,可在传统激光器不能覆盖的波段提供可调谐的光辐射。光子晶体光纤由于其折射率调制大,具有高非线性,色散特性非常灵活,是进行波长变换的理想介质。因此,基于光子晶体光纤的波长变换,是目前研究的热点问题。
 

 

二. 集成光电子实验室(http://oelab.com.cn

实验室概况:

清华大学集成光电子实验室组建于1987年,并于1991年1月通过验收、正式运行并对外开放。经过二十几年来的建设,现已成长为国内从事半导体光电子材料与器件及其在光纤通信与网络中的应用技术的主要研究基地之一,在许多重要的研究领域取得了突出成果,产生了一定的国际影响,为研究单位和企业界培养了大量研究人才。目前实验室有教授3名,副教授7名,博士后1名。在师生的共同努力下,实验室获得多项荣誉和奖励,包括:
2003年,获山东省科技进步一等奖;
2009年,获广东省科技进步一等奖和高等学校科学研究优秀成果奖技术发明二等奖;
2010年,获清华大学科研成果推广应用效益奖一等奖;
2011年,获国家科技进步二等奖;
2012年获得国家技术发明二等奖;
2014年再次获得国家技术发明二等奖。

主要研究方向:
1.面向数字通信的高速半导体激光器、光调制器、探测器,以及相关的集成器件;
2.面向RoF系统的高性能光电子器件及高性能微波光纤链路应用技术;
3.宽禁带半导体材料物理、外延生长、器件制备及其评测技术;
4.面向半导体照明的芯片级和系统级光学设计与热学设计;
5.大功率微波放大器的GaN基电子器件制作与测试技术;
6.面向新一代量子信息技术的微纳结构器件物理及其制作技术;
7.中高温太阳能光热利用和新型太阳能电池。

研究工作受到的主要资助情况:
科技部973课题、863课题、科技支撑计划课题
国家自然科学基金课题
省部级科研项目
与企业合作横向课题

实验室固定成员:
教授:罗毅,孙长征、郝智彪
副教授:齐京、钱可元、韩彦军、熊兵、王健、汪莱、李洪涛

研究生招生情况:
具有博士生招生资格教师:罗毅、孙长征、郝智彪、熊兵、汪莱、王健
具有硕士生招生资格教师:罗毅、孙长征、郝智彪、钱可元、熊兵、王健、汪莱、李洪涛

 

 

 三. 纳米光电子物理及器件实验室

实验室概况:

纳米光电子物理及器件实验室创建于2014年。该实验室着眼于纳米光子学及半导体光电子学物理及器件,特别是半导体有源器件方面的研究工作,致力于将纳米尺度上光与物质相互作用最前沿的物理,用最先进的纳米加工制作及测试手段,转化成最前沿的新型光电子器件!

研究方向:

目前研究范围主要涉及以下课题:

(1) 光电子器件的微纳尺度加工制作,及光电表征,测试;

(2) 半导体纳米线的生长及相关光电子器件的设计,制作及表征;

(3) 超快,低温,微区,及近场纳米光学表征测试;

(4) 金属及表面等离子体激元物理及相关器件;

(5) 纳米尺度上的半导体物理及,光与物质相互作用物理,及多体相互作用过程;

(6) 基于纳米材料的新型横向多节太阳能电池;

(7) 新型纳米发光物理过程及器件研究(包括基于单片半导体的白色激光,全色LED);

(8) 纳米尺度光腔设计及新型光电器件数值模拟

 

 

 四. 微纳光电子学实验室(http://www.nano-oelab.net

实验室概况:

微纳光电子学是研究微纳尺度下物质与光波/光子相互作用的新兴交叉学科,它为光-量子信息器件的创新发展提供了新的物理机制和实现手段,在新世纪的科学技术发展过程中将发挥重要的作用。
本实验室建立于2004年,总体研究目标是面向未来社会高度信息化、智能化发展对光电子器件新性能、集成化的需求,研究微纳结构光电材料中新颖奇特的物理效应和光电特性,探索开发新一代光-量子信息功能器件。

本实验室在研多项国家973,863国家重点基础研究发展计划,国家重点自然科学基金项目。自2007年以来,在国际期刊及国际会议上发表论文共计260篇,专利19项。

目前,实验室教授1名,副教授3名,助理教授1名,在读博士生15名,在读硕士生10名。

研究方向:

几年来,实验室形成了包括1名长江学者("新世纪百千万人才工程"国家级人选)与多名博士学位中高级职称研究人员在内的学术梯队。建有完整的微纳结构半导体及光纤材料的制备与测试平台。目前实验室开展的科研工作包括有源和无源光子晶体结构,硅基光子器件,金属表面等离子激元器件,纳晶和纳金属颗粒和微结构光纤等。器件应用领域涉及光通信与光互联,量子信息与量子通信,生化传感和太阳光伏应用。

实验室主页:http://www.nano-oelab.net