洛桑理工和普渡大学研究出超低损耗的集成光子学,可优化激光雷达

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日前,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)和普渡大学的研究人员展示了一种将压电式氮化铝技术与超低损耗氮化硅集成光子学相结合的芯片声光调制方法。

这种混合电路能够在超低功率的光子波导上实现宽带驱动,因为它保持了氮化硅电路的超低损耗。目前,氮化硅已经成为芯片级、基于微谐振器的光学频率梳的主要材料。

研究人员将由氮化铝和硅光子晶片制成的微机电系统(MEMS)传感器集成在一起,以调制兆赫到千兆赫的高频孤子微梳。他们在氮化硅光子电路上制作了压电氮化铝执行器,并对其施加电压信号。信号以电学方式诱发体声波。声波调制氮化硅电路中产生的微梳。

洛桑理工和普渡大学研究出超低损耗的集成光子学,可优化激光雷达

图片来源:洛桑理工学院

通过在超低损耗氮化硅光子电路上单片集成氮化铝致动器,研究人员展示了电压控制的孤子激发、调谐和稳定的兆赫带宽。

普渡大学的研究员Hao Tian制作了MEMS传感器,并将其与洛桑理工学院开发的氮化硅光电子片集成在一起。研究人员使用混合系统演示了两个独立的应用程序。首先,他们展示了基于微梳的大规模并行相干激光雷达的优化。这种方法可以为由CMOS微电子电路驱动的芯片激光雷达引擎提供一条新路径。

其次,他们通过时空调制氮化硅微谐振器来制造无磁光学隔离器。Tian说:“对体声波的严格垂直限制防止了交叉效应,执行器因此可以被近距离放置,这是实现p-i-n硅调制器的挑战。”

洛桑理工和普渡大学研究出超低损耗的集成光子学,可优化激光雷达

图片来源:洛桑理工学院

电路采用CMOS兼容的铸造工艺制造,这种工艺是集成的,令该技术在商业上更加可行。研究人员说,MEMS传感器是在氮化硅光子晶片上制造的,加工过程非常简单。EPFL研究员Junqiu Liu说:“这一成就是微梳技术、集成光子学、微机电系统工程和非线性光学的一个新里程碑。通过利用压电和大量声光相互作用,它使芯片上的光调制具有前所未有的速度和超低功耗。”

这项新技术将推动微梳技术在空间、数据中心、便携式原子钟等电力关键系统或极端环境(如低温环境)中的应用。

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