一種由光改進(jìn)的光學(xué)芯片。
隨著技術(shù)日益向小型化和節(jié)能方向發(fā)展,電子芯片的發(fā)展也日趨先進(jìn)。光以及更廣泛的光在制造緊湊的便攜式芯片方面發(fā)揮著作用。最近,由Camille Brès教授領(lǐng)導(dǎo)的光子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的研究人員成功地應(yīng)用了一種新原理,將二階光學(xué)非線性引入氮化硅芯片。這項(xiàng)研究首次發(fā)表在《Nature Photonics》雜志上。
不同顏色的光
激光本身不是綠色,但為什么研究人員制造出了綠色的激光筆呢?對(duì)此,Camille Brès教授有解答。他說(shuō):
“綠色的激光特別難以制造,所以我們改變了現(xiàn)有激光器的頻率。它發(fā)射的頻率是綠色的一半,通過(guò)晶體中的非線性使其加倍,便得到了綠光。我們的研究包括集成這一功能,但在芯片上,可以與標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)開(kāi)發(fā)的電子產(chǎn)品(CMOS)。多虧了它,我們將能夠有效地在芯片上產(chǎn)生不同顏色的光,”這種演示的方法以前從未實(shí)現(xiàn)過(guò)。
目前兼容CMOS工藝的光子芯片使用標(biāo)準(zhǔn)的光子材料,如硅,它不具有二階非線性,因此本質(zhì)上不能以這種方式轉(zhuǎn)換光?!笆聦?shí)證明,這是技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)障礙?!边@位教授補(bǔ)充道。
氮化硅微諧振器的光誘導(dǎo)準(zhǔn)相位匹配圖。
一個(gè)放大器戒指
工程學(xué)院的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種誘導(dǎo)非線性的技術(shù),用來(lái)在通常不可能做到的地方轉(zhuǎn)換光。此外,為了使這種轉(zhuǎn)換有效,他們使用了一種諧振器——一種可以放大光的非線性過(guò)程的環(huán)形結(jié)構(gòu)。氮化硅諧振器技術(shù)由EPFL創(chuàng)立,已由Ligentec SA公司商業(yè)化。光能在諧振器中循環(huán)很長(zhǎng)時(shí)間,使它具有非常低的損耗。引入諧振器的光被捕獲,并傳播非線性相互作用增加所需的時(shí)間?!胺蔷€性來(lái)自于光和物質(zhì)之間的相互作用。如果要使流程具有功能性和效率,這個(gè)交換必須很長(zhǎng)。然而,芯片是一個(gè)很小的物體,我們不能從遠(yuǎn)距離中受益。”研究人員之一edgar Nitiss博士解釋道。
AOP的實(shí)驗(yàn)。
高速公路上有兩輛車(chē)
“由于這種技術(shù),芯片的效率大大提高。但是新的限制被強(qiáng)加了。當(dāng)使用諧振器時(shí),我們?cè)诳捎玫念伾矫媸艿较拗??!盋amille Brès說(shuō),“事實(shí)上,非線性效應(yīng)的有效性也取決于不同相互作用的顏色之間的相位一致性,然而它們不可避免地有不同的傳播速度。就像高速公路上的兩輛車(chē)。我們希望在快車(chē)道上的一輛能減速,而另一輛能加速,這樣它們就能緊靠在一起,相互影響?!?/p>
通過(guò)可重構(gòu)準(zhǔn)相位匹配χ(2)光柵產(chǎn)生SH。
“在諧振器中,這通常只在非常有限的情況下才能實(shí)現(xiàn)。研究人員找到了一個(gè)解決方案,以避免這種限制,并提供了幾種顏色的范圍。在諧振器中,光波傳播,產(chǎn)生相干相互作用,改變材料的性質(zhì)。結(jié)構(gòu)的自組織以全光學(xué)的方式實(shí)現(xiàn),自動(dòng)補(bǔ)償相位失配而不管輸入顏色。因此,我們繞過(guò)了諧振器的關(guān)鍵限制,同時(shí)仍然受益于其強(qiáng)大的效率提高。”研究人員總結(jié)道。
146 GHz Si3N4微諧振器中基于泵浦和SH4模相互作用的SH產(chǎn)生和χ(2)光柵特性。
來(lái)源:Optically reconfigurable quasi-phase-matching in silicon nitridemicroresonators, Nature Photonics (2022). DOI: 10.1038/s41566-021-00925-5
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