瑞士大學(xué)降低氮化硅基集成光子波導的光損耗

  瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院降低氮化硅基集成光子波導的光損耗，實(shí)現可為微電子集成的孤子微梳

  ICC訊 據大國重器報道，近日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)通過(guò)顯著(zhù)降低基于氮化硅的集成光子波導的光損耗，實(shí)現重復頻率低至10GHz的集成式孤子微梳。氮化硅已經(jīng)被用于CMOS微電子電路中，過(guò)去十年來(lái)，這種材料也被用于構建光子集成電路。研究成果發(fā)表在《自然-光子學(xué)》雜志。

  信息社會(huì )，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、電信、雷達應用中無(wú)線(xiàn)電和微波信號的合成、分發(fā)和處理無(wú)處不在。目前的趨勢是使用更高頻段的載波，尤其是5G和物聯(lián)網(wǎng)等需求帶來(lái)的帶寬瓶頸迫在眉睫?！拔⒉ü怆妼W(xué)”是微波工程和光電子學(xué)的結合，也許可以提供一個(gè)解決方案。

  微波光電學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分是光頻梳，可提供數百條等距和相干激光線(xiàn)。它們是以穩定的重復頻率發(fā)射的超短光脈沖，其頻率間隔與光梳線(xiàn)的頻率間隔精確對應。脈沖的光電探測產(chǎn)生了一個(gè)微波載波。

  近年來(lái)，在由連續波激光器驅動(dòng)的非線(xiàn)性微諧振器制成的芯片級頻率梳方面取得了重大進(jìn)展。這些頻率梳依賴(lài)于克爾耗散孤子形成，是在光學(xué)微諧振器內部循環(huán)的超短相干光脈沖。因此，這些頻率梳通常被稱(chēng)為“孤子微梳”。

  生成孤子微梳需要非線(xiàn)性微諧振器，而這些微諧振器可以利用CMOS納米制造技術(shù)進(jìn)行制造。電子電路和激光器的集成為光梳微型化鋪平了道路，使其能夠在計量、光譜學(xué)和通信等領(lǐng)域得到大量應用。

  研究人員開(kāi)發(fā)出一種新制造工藝—“氮化硅光子鑲嵌工藝”，制造出可在所有光電集成電路實(shí)現最低損耗的氮化硅波導，實(shí)現了低到足以讓光在直徑只有1微米的波導中傳播近1米的光損耗水平，1微米的波導比人的頭發(fā)小100倍，產(chǎn)生的相干孤子脈沖在微波K波段(～20GHz，用于5G)和X波段(～10GHz，用于雷達)都有重復頻率。

  研究人員表示，這個(gè)損耗水平仍然比光纖高出三個(gè)數量級以上，但代表了迄今為止所有用于集成非線(xiàn)性光子學(xué)的緊密約束波導中的最低損耗。EPFL微納米技術(shù)中心(CMi)的氮化硅納米光子芯片的制造負責人，論文的第一作者Junqiu Liu說(shuō)：“這種工藝在使用深紫外步進(jìn)式光刻技術(shù)進(jìn)行時(shí)，能夠在低損耗方面提供真正卓越的性能，這是傳統的納米制造技術(shù)無(wú)法達到的?！?

  基于研究成果，產(chǎn)生的微波信號的相位噪聲特性與商用電子微波合成器相當，甚至更低。在微波重復頻率下的集成孤子微梳的演示，將集成光子學(xué)、非線(xiàn)性光學(xué)和微波光子學(xué)等領(lǐng)域聯(lián)系在一起。Junqiu Liu說(shuō)：“這些微梳及其微波信號，將是構建完全集成的低噪聲微波振蕩器的關(guān)鍵，滿(mǎn)足未來(lái)雷達和信息網(wǎng)絡(luò )的架構的使用?！?

  EPFL團隊已與美國的合作者合作，開(kāi)發(fā)出結合了芯片級半導體激光器的混合集成孤子微梳模塊。這些高度緊湊的微梳可以影響到許多應用，如數據中心的收發(fā)器、LiDAR、緊湊型光學(xué)原子鐘、光學(xué)相干斷層掃描、微波光子學(xué)和光譜學(xué)等。

      信息來(lái)源：https://www.semiconductor-digest.com/2020/04/20/photonic-microwave-generation-using-on-chip-optical-frequency-combs/