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芯片上的交通灯

时间:2021-10-22

科技产业

导读:集成光子学使我们能够构建用于商业产品的紧凑、便携式、低功耗芯片级光学系统,从而彻底改变当今的光学数据中心和通信。但是集成芯片上的光学增益元件来制造激光......

集成光子学使我们能够构建用于商业产品的紧凑、便携式、低功耗芯片级光学系统,从而彻底改变当今的光学数据中心和通信。但是集成芯片上的光学增益元件来制造激光器或放大光功率会有来自其他组件的反射光损害或干扰激光器性能的风险。

解决方案是增加片上光学隔离。通常,光学隔离是通过磁性材料和磁场实现的,但这些与当前的半导体铸造工艺不兼容;同时,在芯片的微米尺度上产生强大的外部磁场本身就具有挑战性。因此,电驱动、无磁光隔离器在该领域非常理想。

在《自然光子学》上发表的一篇文章中,EPFL的Tobias J.Kippenberg教授和普渡大学的Sunil a.Bhave教授的实验室合作展示了这样一种无磁、电驱动的光隔离器,它可以在芯片上实现光路由。

该器件结合集成光子学和微机电系统(MEMS)技术,采用压电氮化铝(AlN)单片集成在超低损耗氮化硅(Si3N4)光子集成电路上。

通过同步驱动多个压电MEMS驱动器,产生机电耦合的体声波,它可以耦合和偏转在其下方的Si3N4波导中传播的光。这种被称为“时空调制”的声光调制模拟了磁驱动隔离器的效果。用压电薄膜换能器代替磁性材料,完全避免了对磁场的要求。

虽然之前已经展示过无磁光隔离器,但这是第一个以电气方式驱动并在线性光学模式下运行的光隔离器。该研究报告了10 dB的线性光学隔离,以及在光信号载波上进行单向无损耗数字数据传输的实验测量。

EPFL微纳米技术中心(CMi)Si3N4芯片制造负责人刘俊秋博士说:“结合集成光子学和MEMS工程,我们展示了一种完全兼容CMOS并可通过大批量铸造工艺获得的混合半导体制造技术。”。

新的光学隔离器可以催生新的应用,包括芯片级原子钟、光探测和测距(LiDAR)、光子量子计算和芯片光谱学等。两个团队正在研究的一个特殊应用是构建量子相干微波-光学转换器,它可以克服远距离超导量子比特之间量子互连的困难,这需要将微波场的单个量子转换为光学域,反之亦然。

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