研究人员构建超低损耗集成光子电路的创新技术

2021年04月16日 17:14 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

将信息编码为光,并通过光纤进行传输是光通信的核心原理。以二氧化硅为原料的光纤具有0.2dB/km的超低损耗,为今天的全球通信网络和信息社会奠定了基础。这种超低的光损耗对于集成光子学来说同样是必不可少的,它可以利用片上波导对光信号进行合成、处理和检测。

如今,许多创新技术都是基于集成光子学,包括半导体激光器、调制器和光电探测器,并广泛应用于数据中心、通信、传感和计算领域。

集成光子芯片通常是由硅制成的,硅资源丰富,光学性能好。但硅不能满足我们在集成光子学中的需求,因此出现了新的材料平台。氮化硅(Si3N4)就是其中之一,其超低的光损(比硅的光损低几个数量级),使其成为窄线宽激光器、光子延迟线和非线性光子学等对低损耗至关重要的应用的首选材料。

现在,EPFL基础科学学院Tobias J. Kippenberg教授小组的科学家们已经开发出一种新技术,用于构建具有创纪录的低光损耗和小尺寸的氮化硅集成光子电路。这项工作发表在《自然-通讯》上。

该技术结合了纳米加工和材料科学,基于EPFL开发的光子大马士革工艺。利用这种工艺,该团队制作的集成电路的光损耗仅为1 dB/m,这是任何非线性集成光子材料的记录值。这样的低损耗大大降低了构建芯片级光频梳("微梳")的功率预算,用于相干光收发器、低噪声微波合成器、激光雷达、神经形态计算,甚至光学原子钟等应用。该团队利用新技术在5×5毫米2的芯片上开发了米长的波导和高质量因子微谐振器。他们还报告了高制造良率,这对于扩大到工业生产至关重要。

"这些芯片器件已经被用于参数化光放大器、窄线宽激光器和芯片级频率梳理器,"EPFL微纳技术中心(CMi)领导制造的Junqiu Liu博士说。"我们也期待看到我们的技术被用于新兴应用,如相干激光雷达、光子神经网络和量子计算。"

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