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Journal of Zhejiang University SCIENCE C

ISSN 1869-1951(Print), 1869-196x(Online), Monthly

2019 Vol.20 No.4 P.439-590

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Special Feature on Optoelectronic Devices and Integration
Guest Editor-in-Chief: Liang-hui CHEN, Guest Deputy Editor-in-Chief: Ning-hua ZHU

Special Feature on Optoelectronic Devices and Integration

Review Article: Optoelectronic platform and technology

Wen-hua Shi, Wei-ming Lv, Tian-yu Sun, Bao-shun Zhang

DOI: 10.1631/FITEE.1800451 Downloaded: 13938 Clicked: 5769 Cited: 0 Commented: 0(p.439-457) <Full Text>

Chinese summary   <32>  光电子平台与工艺技术

摘要：光电子技术是由光子技术和电子技术结合形成的一门新技术。光子技术将取代电子技术，引发一场新的产业革命，给工业和社会带来巨大冲击。我们回顾光电子器件与集成技术的发展历程，对比分析光电子工艺平台的发展与特点，总结关键性制造工艺，介绍具有代表性的光电器件，并聚焦光电子技术发展亟待突破的关键技术。通过对光电子技术发展的全面梳理，认为我国应抓住机遇，实现光电子技术产业转型升级。借鉴国外先进光电子平台和技术发展经验，加快布局人才储备，注重基础工艺积累，整合建立国家级光电子技术平台，大幅提升我国光器件国产化水平和自主创新能力。

关键词组：光电子技术；光电子平台；工艺技术；发展与挑战

Review Article: Graphene-based silicon modulators

Hao-wen Shu, Ming Jin, Yuan-sheng Tao, Xing-jun Wang

DOI: 10.1631/FITEE.1800407 Downloaded: 2426 Clicked: 6021 Cited: 0 Commented: 0(p.458-471) <Full Text><PPT> 1679

Chinese summary   <28>  硅基石墨烯调制器

摘要：为满足下一代光互联技术高带宽、低功耗的需求，基于金属互补氧化物半导体（CMOS）工艺的硅基光电子技术有望实现光电器件大规模、高密度集成，在高速率数据传输方面带来新突破。硅基调制器是硅基光电子学的核心器件之一，然而传统基于等离子色散效应的硅基耗尽式调制器在带宽、尺寸和功耗方面存在一定限制，影响传输系统整体性能。为解决该问题，石墨烯被引入硅基光电子器件的材料体系，其优异的电学传输特性和光电特性有效提升传统硅基光调制器单元器件性能。我们总结了基于热光、电光、等离子体等硅基石墨烯调制器的最新进展，其出色性能使硅基石墨烯调制器有望成为下一代片上及片外光互连技术的候选方案。

关键词组：硅基光电子学；石墨烯；光调制器

Review Article: Heterogeneous III-V silicon photonic integration: components and characterization

Shang-jian Zhang, Yong Liu, Rong-guo Lu, Bao Sun, Lian-shan Yan

DOI: 10.1631/FITEE.1800482 Downloaded: 2327 Clicked: 7387 Cited: 0 Commented: 0(p.472-480) <Full Text>

Chinese summary   <27>  III-V/Si异质光子集成：组件及其特性

摘要：III-V/Si异质光子集成被视为实现能源效率和成本效率的光互连关键技术之一，在未来高性能计算机和数据中心有极大潜力。本文综述了包括收发器件和组件的III-V/Si异质光子集成的最新研究进展，并报告了在光子集成回路，特别是异质集成平台上实现光子集成回路的晶圆级测试分析进展。

关键词组：异质光子集成；光互连；晶圆级测试分析

Review Article: Recent developments in novel silica-based optical fibers

Ting-yun Wang, Fu-fei Pang, Su-juan Huang, Jian-xiang Wen, Huan-huan Liu, Li-bo Yuan

DOI: 10.1631/FITEE.1900017 Downloaded: 2410 Clicked: 7763 Cited: 0 Commented: 0(p.481-489) <Full Text><PPT> 1828

Chinese summary   <29>   新型硅基光纤研究进展

摘要：综述了两类新型光纤的最新研究进展，主要包括掺铋、铝、铈等元素的二氧化硅光纤和微结构多芯光纤。作为掺杂特殊元素的光纤，铋铝共掺杂二氧化硅光纤的荧光光谱波长为1000到1400 nm，半高宽（FWHM）约为150 nm，可用于光纤放大器和激光系统。铈掺杂光纤的激发和发射中心波长分别约为340和430 nm。在纤芯中掺杂高浓度氧化铝的蓝宝石衍生光纤（SDF）经电弧放电加热、冷却处理后可形成莫来石。SDF可进一步开发为能承受1200°C高温的法布里-珀罗干涉仪，用于高温传感。由于强消逝场，微结构多芯光纤被广泛应用于生物光纤传感、化学测量等领域。同轴芯光纤是一种具有两个同轴双波导纤芯的新型光纤。将光纤端制备成锥状，能产生紧致聚焦光场，可应用于光学捕获和微粒操纵。本文讨论了这些新型光纤的研究进展。

关键词组：光纤；光纤器件；基于二氧化硅特种光纤

1.3-μm 4×25-Gb/s hybrid integrated TOSA and ROSA

Yu Liu, Hao-tian Bao, Yi-ming Zhang, Zhi-ke Zhang, Yun-shan Zhang, Xiang-fei Chen, Jun Lu, Yue-chun Shi, Jia-shun Zhang, Liang-liang Wang, Jun-ming An, Ning-hua Zhu

DOI: 10.1631/FITEE.1800371 Downloaded: 4083 Clicked: 6234 Cited: 0 Commented: 0(p.490-497) <Full Text>

Chinese summary   <28>  1.3-µm 4×25-Gb/s混合集成收发光子组件

摘要：介绍了一种采用混合集成技术的小型低成本4×25-Gb/s收发光子组件（TOSA/ROSA）的设计与制造。TOSA和ROSA在无热电冷却器（TEC）情况下可满足粗波分复用（CWDM）应用。光学子组件（OSA）封装外壳的物理尺寸为11.5 mm×5.4 mm×5.4 mm。采用石英基阵列波导光栅（AWG）芯片作为TOSA和ROSA波长的复用和解复用器件。选择O波段特定通道波长。在TOSA中，重建等效啁啾（REC）技术能实现对4个1.3µm离散直接调制激光器（DML）芯片波长的精确控制。在背靠背传输试验中，TOSA和ROSA组成链路中各通道误码率在满足100G-4WDM-10标准下灵敏度分别为−7.1、−6.6、−6.2和−5.1 dBm。采样示波器的数据经过处理后能得到清晰端正的眼图。

关键词组：重建等效啁啾；阵列式光波导；发射机光学组件；混合集成

Ten-channel mode-division-multiplexed silicon photonic integrated circuit with sharp bends

Chen-lei Li, Xiao-hui Jiang, Yung Hsu, Guan-hong Chen, Chi-wai Chow, Dao-xin Dai

DOI: 10.1631/FITEE.1800386 Downloaded: 2487 Clicked: 6723 Cited: 0 Commented: 0(p.498-506) <Full Text><PPT> 1863

Chinese summary   <27>  具有超小弯曲半径的10通道硅基集成模分复用器件

摘要：为实现多通道片上信号传输，设计一种多模硅光集成器件（PIC），包括一对10通道片上模式多路复用-解复用器以及具有超小弯曲半径的总线波导。选择多模总线波导宽度使其能支持10种模式，其中包括4种横磁（TM）和6种横电（TE）偏振模式。多模总线波导由基于修正的欧拉曲线超小弯曲半径组成。实验结果表明，即使组成总线波导的弯曲半径仅为40µm，该芯片仍可在大带宽1520−1610 nm上实现10通道传输，且具有约−20 dB的低模间串扰。与传统弯曲半径相同的圆弧弯曲相比，该集成器件有明显优势。

关键词组：硅；多模；光波导；欧拉曲线

Regular Papers

Review Article: Vector quantization: a review

Ze-bin Wu, Jun-qing Yu

DOI: 10.1631/FITEE.1700833 Downloaded: 2369 Clicked: 7625 Cited: 0 Commented: 0(p.507-524) <Full Text><PPT> 1723

Chinese summary   <31>  向量量化综述

摘要：向量量化用于语音与图像编码可有效减小带宽和存储开销。根据码书生成过程，可将传统向量量化方法分为7类：树形向量量化、直和向量量化、迪卡尔积向量量化、格子向量量化、基于分类的向量量化、反馈向量量化以及模糊向量量化。在过去10年中，基于向量量化的近似近邻搜索发展迅速，涌现大量在大规模数据集内存中搜索图像的编码方法。这些方法的一个显著特征是使用多个码书，形成两种新的码书结构：线性组合码书和联合码书，这将成为未来发展趋势。这些方法用于近似近邻搜索的本质是在速度、准确率和空间开销之间权衡，有时其中一个会受损。因此，找到一个在速度、准确率和空间开销中平衡的向量量化方法依然是一个值得研究的问题。

关键词组：近似近邻搜索；图像编码；向量量化

Motion planning of a quadrotor robot game using a simulation-based projected policy iteration method

Li-dong Zhang, Ban Wang, Zhi-xiang Liu, You-min Zhang, Jian-liang Ai

DOI: 10.1631/FITEE.1800571 Downloaded: 2651 Clicked: 7316 Cited: 0 Commented: 0(p.525-537) <Full Text><PPT> 2090

Chinese summary   <32>  四旋翼无人机在博弈中的运动规划研究：一种基于仿真的投影策略迭代方法

摘要：数十年来，如何实现在复杂环境中对序列决策问题做出有效合理的决策始终是一个困扰各领域研究者的难题。该决策问题包含状态转移动力学模型、随机因素引入的不确定性、长远决策前沿优化问题以及其他许多难题，包括维数灾难在内的诸多困难使解决这一决策问题的有效方法仍待进一步研究探索。目前，随着增强学习领域不断开发出先进算法，为尝试解决复杂环境中的序列决策问题提供了有潜力的解决方案，并可在实际应用环境中获得较高决策性能。本文提出三维空间中速度可变的一对一四旋翼无人机博弈研究平台，以及一种基于投影策略迭代方法的近似动态规划方法，以学习四旋翼博弈过程中效用函数并生成改进的四旋翼运动决策策略。此外，采用基于仿真的方法，消除维数灾难束缚。仿真结果表明，所提决策方法可在博弈对抗中高效生成有效运动策略，并在与对方四旋翼无人机对抗中能获取并保持有利态势。在肯高迪亚大学网络自动车辆（NAV）实验室进行的飞行实验进一步验证了所提决策方法在实时环境中的决策性能。

关键词组：增强学习；近似动态规划；决策；运动规划；无人机

Unsupervised feature selection via joint local learning and group sparse regression

Yue Wu, Can Wang, Yue-qing Zhang, Jia-jun Bu

DOI: 10.1631/FITEE.1700804 Downloaded: 2403 Clicked: 8657 Cited: 0 Commented: 0(p.538-553) <Full Text><PPT> 1695

Chinese summary   <27>  联合局部学习和组稀疏回归的无监督特征选择

摘要：近十年，特征选择备受关注。通过挑选特征子集，可有效提升学习算法效率。由于难以获取标签信息，无监督特征选择算法相较于有监督特征选择算法应用更为广泛，其关键在于找出更能反映数据分布的特征集合。由于数据集中存在冗余和噪声，使用全部特征并不能很好展现数据的真实分布。为解决这一问题，本文提出联合局部学习和组稀疏回归的无监督特征选择算法。将基于局部学习聚类方法与组稀疏回归算法有机整合，选出有效反映数据流形分布同时保持组稀疏结构的特征。通过迭代算法，回归系数汇聚到重要特征上，选出能得到更优聚类效果的特征。对多个实际数据集（图像、声音和网页）的实验证明了该算法的有效性。

关键词组：无监督；局部学习；组稀疏回归；特征选择

A new auxiliary information based cumulative sum median control chart for location monitoring

Shahid Hussain, Li-xin Song, Shabbir Ahmad, Muhammad Riaz

DOI: 10.1631/FITEE.1700428 Downloaded: 3052 Clicked: 7061 Cited: 0 Commented: 0(p.554-570) <Full Text><PPT> 1462

Chinese summary   <28>  一种基于辅助信息的新型位置监测累积和中值控制图

摘要：控制图能检测过程参数变化，是统计过程控制常用工具。休哈特控制图能有效监测大位移，而累积和（CUSUM）控制图能有效监测中、小位移。控制图在使用时通常假定数据无异常值，并且参数已知或已正确估计。实际应用中，某些过程偶尔出现异常值，所以这些假设通常不成立。位置参数监测通常基于均值控制图，严重受不成立假设影响。本文提出几种基于辅助变量的累积和中值控制图，并与其相对应均值控制图进行比较。为监测位置参数，分别检测包含与不含异常值时均值和中值控制图性能。研究对称与非对称过程，并利用累积和控制图监测位置参数，进一步研究所提控制图性能。基于不同运行链长，研究受控和非受控累积和控制图性能。结果表明，存在异常值时，所提控制图比传统控制图性能更优。最后，提供了一个基于混凝土抗压强度与生产质量关系的应用实例。

关键词组：平均运行链长；辅助信息；累积和控制图；位置参数；中值控制图

Differential coupling contributes to synchronization via a capacitor connection between chaotic circuits

Yu-meng Xu, Zhao Yao, Aatef Hobiny, Jun Ma

DOI: 10.1631/FITEE.1800499 Downloaded: 2567 Clicked: 6794 Cited: 0 Commented: 0(p.571-583) <Full Text><PPT> 1637

Chinese summary   <27>   基于混沌电路电容器连接的微分耦合同步

摘要：非线性振子和电路常用于研究耦合同步和一致性问题。完全同步是指所有振子保持相同幅度和相位，主要发生在完全相同振子之间。相位同步是指振子保持步调节律同步而幅度不同。对于无维动力学系统和振子，同步依赖于耦合变量的选择和耦合方式。非线性电路中电阻常用于连接两个或以上电路，触发电压耦合可对耦合电路反馈调制。本文采用电容器耦合两个Pikovsk-Rabinovich (PR)电路，这种电场耦合机制为微分耦合提供了依据。讨论了对称性和错位耦合下两个混沌电路的同步稳定性问题。在电阻耦合下，两个混沌电路容易完全同步。进一步讨论电容器耦合，发现当耦合电容器选择合适电容值时，两个耦合电路同步可被有效控制，且耦合电容器能量流有助于对同步的调控。混沌电路的同步实现和耦合通道有关，如对称性耦合容易完全同步，错位耦合有利于相位同步。电容器对应电场耦合能降低耦合器件能量（焦耳热）消耗，加强两个耦合电路能量输运和交换，从而实现混沌电路同步。

关键词组：同步；电压耦合；混沌电路；电容器耦合

Dynamics of a neuron exposed to integer- and fractional-order discontinuous external magnetic flux

Karthikeyan Rajagopal, Fahimeh Nazarimehr, Anitha Karthikeyan, Ahmed Alsaedi, Tasawar Hayat, Viet-Thanh Pham

DOI: 10.1631/FITEE.1800389 Downloaded: 2393 Clicked: 6572 Cited: 0 Commented: 0(p.584-590) <Full Text><PPT> 1734

Chinese summary   <28>   整数阶与分数阶非连续外磁通量的神经元动力学

摘要：提出一种改进Fitzugh-Nagumo神经元（MFNN）模型。在此模型基础上，研究了基于整数阶（案例A）与分数阶（案例B）的MFNN系统。在电磁感应和辐射作用下，记忆和感应呈现多种分布，证明该分数阶磁通量适用于非均匀扩散。整数阶非连续磁通量MFNN系统具有混沌和非混沌吸引子。系统动力学分析显示倍周期的产生和消失标志着反单调性，神经元动力学研究未曾报道此现象。在分数阶非连续磁通量MFNN系统中，混沌吸引子和周期吸引子无反单调性。

关键词组：Fitzhugh-Nagumo；混沌；分数阶；磁通量

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