隔离|破解集成光学大难题：芯片级无源光隔离器成功面世芯片|激光器|半导体|新型冠状

文章图片

文章图片

文章图片

文章图片

文章图片

据悉，斯坦福大学的研究人员表示他们已经发明了一种简单有效的芯片级隔离器，可以铺在比一张纸薄数百倍的半导体材料层中。
激光是一种变革性的技术工具，但一项技术挑战阻止了它们的变革性。它们发出的光可以反射回激光器本身，使激光器不稳定甚至失效。在实际中，这一挑战可以通过使用磁性来阻挡有害反射的笨重设备来解决。然而，在芯片规模上，工程师们希望激光有朝一日能改写计算机电路。在这种背景下，斯坦福大学的研究人员表示，他们已经发明了一种简单有效的芯片级隔离器，可以铺在比一张纸薄数百倍的半导体材料层中。 “芯片级别的隔离是光子学中最大的公开挑战之一， ”斯坦福大学电气工程教授、该研究的资深作者耶琳娜·乌科维奇(Jelena vuykovovic)说，该研究本月发表在《自然光子学》(Nature photonics)上。 “每束激光都需要一个隔离器来阻止反向反射进入激光并使其不稳定， ”Vu?kovi?实验室的博士候选人、该论文的共同第一作者Alexander White评论道，他补充说，该设备对日常计算有影响，但也可能影响下一代技术，如量子计算。

从左起， Alexander White Geun Ho Ahn and Jelena Vu?kovi?与纳米级隔离器。
小而被动
纳米级隔离器很有前景，原因有几个。首先，这个隔离器是“被动的” 。它不需要外部输入，不需要复杂的电子器件，也不需要磁性元件——迄今为止阻碍芯片级激光器发展的技术挑战。
这些额外的机制导致器件对于集成光子学应用来说过于笨重，并可能导致损害芯片上其他组件的电干扰。
另一个优点是，新的隔离器也是由常见的和众所周知的半导体材料制成，可以使用现有的半导体加工技术制造，这可能会简化其大规模生产的道路。
新的隔离器的形状像一个环。它是由氮化硅制成的，氮化硅是一种基于最常用的半导体硅的材料。强的初级激光束进入环，光子开始顺时针方向绕环旋转。与此同时，反向反射的光束将以相反的方向被送回环中，以逆时针方向旋转。
“我们放入的激光能量循环了很多次，这使我们能够在环内建立。这种不断增加的功率改变了较弱的光束，而较强的光束继续不受影响， ”共同第一作者Geun Ho Ahn说，他是研究较弱的光束停止共振的电气工程博士研究生。 “反射光，而且只有反射光被有效地抵消了。 ”
然后初级激光退出环，并在所需的方向上被“隔离” 。 Vu?kovi?和他的团队已经建立了一个原型作为概念证明，并能够将两个环形隔离器级联起来以实现更好的性能。

芯片级隔离器的特写。
Nature Photonics发表——芯片级无源光隔离器
摘要：光纤和体光隔离器被广泛应用于通过防止不必要的反馈来稳定激光腔。然而，它们的综合对应物被采用的速度很慢。虽然已经实现了几种片上光学隔离策略，但这些策略依赖于磁光材料的集成或声光或电光调制器的高频调制。在这里，我们展示了一种利用环形谐振腔内本质非互易的克尔非线性来被动隔离连续波激光器的集成方法。利用氮化硅作为模型平台，我们实现了17-23 dB的单环隔离和1.8 - 5.5 dB的插入损耗，以及35 dB的级联环隔离和5 dB的插入损耗。利用这些器件，我们演示了半导体激光芯片的混合集成和隔离。