光是如何在光子集成電路中傳播的？

光子集成電路領(lǐng)域?qū)Ｗ⒂?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=光子元件',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_1">光子元件的小型化及其在光子芯片中的集成——光子芯片是一種使用光子而不是電子進(jìn)行一系列計(jì)算的電路。

硅基光子學(xué)是一個(gè)發(fā)展中的領(lǐng)域，與數(shù)據(jù)中心、人工智能、量子計(jì)算等密切相關(guān)。它使芯片的性能和成本效益比得到了巨大的改善，因?yàn)樗�基于電子領(lǐng)域芯片中相同的流行原材料。

然而，盡管受益于發(fā)達(dá)的光刻生產(chǎn)工藝，該工藝能夠精確生產(chǎn)所需的器件，但這些儀器尚不能精確繪制芯片的光學(xué)特性。這包括其內(nèi)部的光運(yùn)動(dòng)——由于器件的微小尺寸，很難對制造缺陷和不準(zhǔn)確的影響進(jìn)行建模，因此這是一種至關(guān)重要的能力。

來自以色列理工學(xué)院安德魯和埃爾納維特比電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院的研究人員發(fā)表了一篇新文章，以應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，展示了芯片上光子電路的高級光成像。該研究發(fā)表在《光學(xué)》雜志上，由高級光子研究實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人蓋伊·巴塔爾教授和博士生馬坦·伊魯茲領(lǐng)導(dǎo)，并與阿米爾·羅森塔爾教授的研究小組合作。研究生科比·科恩、雅各布·海爾丁、約阿夫·哈贊和沙伊·特塞斯也參與了這項(xiàng)研究。

圖片:new-research-shows-how.jpg

（a）光子器件內(nèi)傳播波成像實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。1550 nm信號(hào)脈沖（橙色）通過光柵耦合到絕緣體上硅（SOI）波導(dǎo)中，而780 nm泵浦脈沖（紅色）使用長工作距離物鏡聚焦到器件上。當(dāng)兩個(gè)脈沖在時(shí)間和空間上重疊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生非線性波（綠色），通過二向色鏡（DM）與泵浦分離，并由標(biāo)準(zhǔn)CMOS相機(jī)收集。P、F和𝜆/2分別表示線性偏振器、光譜濾波器和𝜆/2波片。（b）軸定義和泵浦光束（垂直入射）、信號(hào)光束（沿波導(dǎo)引導(dǎo)）和非線性產(chǎn)生的光束（根據(jù)信號(hào)波的波矢量以一定角度反射）的傳播方向。（c）單波導(dǎo)截面。

研究人員利用硅的光學(xué)特性來繪制光的傳播圖，而不需要任何形式的侵入性動(dòng)作，這種侵入性動(dòng)作會(huì)擾亂或改變芯片。這個(gè)過程包括繪制光波的電場，并定義影響光運(yùn)動(dòng)的元素——波導(dǎo)和分束器。

該過程提供了光子芯片內(nèi)部光的實(shí)時(shí)圖像和視頻記錄，無需損壞芯片，也不會(huì)丟失任何數(shù)據(jù)。這種新過程有望改善光子芯片在電信、高性能計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、距離測量、醫(yī)學(xué)成像、傳感和量子計(jì)算等各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和優(yōu)化過程。

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