硅光子学重要进步单芯片传输两种光信号

　　编译：大路
　　由美国范德堡大学工程师领导的团队已经实现了在单个硅芯片上同时传输两种不同类型的光信号的能力。
　　这预示着一个硅芯片在任何时间段内可以传输的数据量会大幅增加。通过这个项目，该研究团队突破了以往的理论模型，展示了双波段光学处理，这一突破极大地扩展了硅作为光电子平台（photonicsplatform）的功能。
　　机械工程副教授约书亚考德威尔（JoshuaCaldwell）和电子工程教授莎伦韦斯（SharonWeiss）领导了这个团队，该团队成员还包括来自哥伦比亚大学、爱荷华大学和堪萨斯州立大学的研究人员。
　　他们的研究GuidedMidIRandNearIRLightwithinaHybridHyperbolicMaterialSiliconWaveguideHeterostructure于2月1日发表在AdvancedMaterials上。该杂志在3月16日印刷版的封面内页也将对其进行专题报道。
　　这项工作是硅光子学的重要进展，不同于普通硅芯片，光子芯片使用光而不是电信号来传输数据。当前，对更快和扩展处理的需求已经完全超出了物理限制在越来越小的芯片上不可能添加更多的电线。此外，电信号还需要大量的电力，产生大量的热量，并有丢失数据的风险。而使用图案化的硅来传输光信号，则使用了较少的能量，芯片的发热问题也得到相当的改良。
　　硅波导示意图
　　不过，用同样的芯片，却做更多的事情还是很有挑战性的。硅波导（Siliconwaveguides）提供了光子芯片的主要构件，它可以将光限制住，并将其路由（route）到功能光学元件进行信号处理。不同形式的光需要不同的波导，而为了容纳更多的波导去进行线性缩放，则会占据标准尺寸硅芯片的可用空间。
　　一直以来，在同一个器件中结合近红外和中红外传输是很困难的，范德堡大学机械工程博士生、论文第一作者MingzeHe说。
　　而该论文提出的两项创新（一种新的方法和设备几何学）实现了在同一结构中引导不同频率的光。频率复用其实并不新鲜，但这种在相同的可用空间内扩大带宽的能力确实是个极大的进步。
　　混合型双曲硅光子波导平台，可在同一芯片上同时传输中红外和近红外光
　　利用六方氮化硼的红外特性，研究人员设计了一种混合型双曲硅光子波导平台。在中红外，hBN晶体的结构可以支持一种新型的光模式，即双曲声子偏振子（hyperbolicphononpolariton）。这些双曲偏振子被证明可以在纳米级厚度的板块内引导长的、中红外波长的光，而光模式遵循底层硅波导的路径。
　　这种方法不需要额外制造hBN，在不扩大器件尺寸的情况下，可以同时支持信号处理和化学传感方式。
　　中红外的加入为信号处理与化学传感的结合，或单独使用近红外信号无法实现的调制方案提供了新的机会，考德威尔教授评价道。
　　原文链接：https：phys。orgnews202103photonicsdiscoveryportendsefficienciessilicon。html