研究成功在十年来首次实现集成光频梳的可扩展制造

2021-07-07

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光学频率梳,简称光频梳,指的是由等距离的激光线组成的光频。光频梳的呈现彻底改变了频率计量学、计时和光谱学范畴。在曩昔的十年中,EPFL的Tobias Kippenberg教授实验室发现的 “孤子微梳 ”使频率梳能够在芯片上发生。在该计划中,单频激光被转化为称为耗散克尔孤子的超短脉冲。

孤子微梳是芯片规划的频率梳,结构紧凑,功耗低,并表现出广大的带宽。结合“梳齿”的大距离,孤子微梳独特别适用于各种使用,如数据中心中的太比特/秒相干通讯、用于系外行星查找和神经形状核算的地理光谱仪校准、光学原子钟、肯定频率组成平和行相干激光雷达。

可是,一个杰出的应战是激光源的整合。尽管孤子微梳是经过参数频率转化在芯片上发生的(一个频率的两个光子被湮灭,一对两个新的光子以更高和更低的频率发生),但泵浦激光器通常是在芯片外,并且很粗笨。将孤子微梳和激光器集成在同一芯片上,能够利用为硅光子学开发的老练的CMOS技能,完成孤子微梳的大批量出产,可是这在曩昔十年中一直是一个杰出的应战。

关于构成孤子微梳的非线性光学微谐振器,氮化硅(Si3N4)因为其超低损耗、从可见光到中红外的宽通明窗口、无双光子吸收和高功率处理才能而成为重要的前言。可是,完成超低损耗的Si3N4微谐振器关于大批量出产芯片级孤子微梳来说仍然是不行的,因为需要与芯片级驱动激光器一起集成。

15年前,UCSB的John Bowers教授的实验室创始了一种将半导体激光器集成到硅片上的办法。因为硅具有直接带隙,不能发光,科学家们在硅片上粘合磷化铟半导体,构成激光增益部分。这种异质集成激光技能现在已被广泛用于光互连,以替代衔接数据中心服务器的铜线。这种革新性的激光技能现已完成了商业化,英特尔公司每年运送数百万的收发器产品。

在《科学》杂志上宣布的一篇文章中,EPFL和UCSB的两个实验室现在初次经过晶圆级CMOS技能展现了超低损耗Si3N4光子集成电路(在EPFL制作)和半导体激光器(在UCSB制作)的异质集成。

该办法首要是根据硅和磷化铟在Si3N4衬底上的多晶圆键合。在硅和磷化铟层上制作分布式反应(DFB)激光器,然后将DFB激光器的单频输出输送到下面的Si3N4微谐振器上,在那里DFB激光器播种了孤子微梳的构成并发明了几十个新的频率线。

这种晶圆规划的异质工艺能够从一个直径为100毫米的晶圆上出产出一千多个芯片规划的孤子微梳设备,合适商业等级的制作。每个设备都是完全由电控的。重要的是,出产水平能够进一步扩大到职业标准的200或300毫米直径的基片。

EPFL微纳技能中心(CMi)领导Si3N4制作的刘俊秋(音译)博士表明:“咱们的异质制作技能结合了三种干流的集成光子学渠道,即硅、磷化铟和Si3N4,能够为大批量、低成本制作根据芯片的频率梳铺平道路,用于下一代高容量收发器、数据中心、传感和计量学。”

前瞻经济学人APP资讯组

参阅资料

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-07/epfd-smo070121.php


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