理群

2018-09-21 | 前沿

耶鲁大学利用声波在硅芯片上实现光的非互易操作

【据美国耶鲁大学网站2018年9月17日报道】非互易光传播对于控制光子系统中的光学串扰和反向散射至关重要。然而,在低损耗集成光子电路中实现高保真非互易性仍然具有挑战性。美国耶鲁大学的科学家展示了一种新方法,可以通过使用声波来控制光在硅芯片上的行为,特别是对方向的控制。

几十年来,研究人员一直试图将包括激光、发射器和接收器等广泛使用的光学技术应用于基于微芯片的设备。这其中的一个主要挑战是缺乏可以产生所谓的非互易操作的芯片级技术,包括:隔离器(允许仅在一个方向上传输的光“二极管”)和环流器(将向前和向后移动的光波隔离到单独的通道)。这些设备可在芯片上控制和路由光线。在大多数材料中,无论是向前还是向后传播,光的行为都是相同的。现有的商用台式光隔离器的生产方法通常涉及与永磁体接合的合成石榴石晶体。然而,在构建片上器件时,既不容易获得外来晶体也不容易获得磁场。因此,替代方案寻求使用芯片光路中的电或声控制来验证非互易光传播。迄今为止,面临的主要阻碍是光信号过度损失或仅适用单色光等问题。

耶鲁大学的研究人员通过在硅芯片上耦合光和声,验证了一种非局部声光散射形式可以在集成硅光子平台中产生非互易的单边带调制和模式转换,由硅波导中的光学力驱动的行波声学声子通过线性带间布里渊散射在单独的波导中进行光的空间调制,操作带宽超高125GHz,前向和后向传播光波之间非互易对比达到38dB。超声行波产生的光非互易传播的波长范围比以前观察到的高100倍,并且没有过多的光信号损失。另一个好处是,声波本身就是使用光创建的,这允许研究人员可随意控制超声波发射的形状和方向,允许对几乎任何颜色的光信号进行操作。研究人员称这种结构不仅可以让我们探索了新的物理现象,而且还是实现实用级芯片隔离器和环流器技术的重要里程碑。该研究的相关论文《Non-reciprocal interband Brillouin modulation》已在Nature Photonics上发表。

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