宽带低损耗相变材料助力非易失性可重构集成光子学

     传统的硅光子集成电路(PICs)调谐方法主要依赖于热光效应或自由载流子色散效应。基于绝缘体上硅的热光学移相器(SOI)平台虽然体积小，但速度慢且功耗大。基于自由载流子的相移色散效应可以显著降低功耗,提高大型设备的调制速度但是由于折射率变化小，因此器件较大（>100μm）。为了克服这些限制，硅光子学领域已经开始转向一种混合方法，将外来材料集成到SOI波导中，作为调谐介质。相变材料(PCMs)长期以来被用作可重写光盘的存储介质，后来又被用于随机存储器。近年来，PCMs与纳米光子结构的集成为非易失性可重构光学引入了新的范式。然而，原型PCM Ge2Sb2Te5在可见光和远程通信波段的高损耗从根本上限制了它的应用。Sb2S3是一种宽带隙PCM，其透射窗口范围从610 nm到近红外。

       近日，华盛顿大学电子与计算机工程系Zhuoran Fang等人首次在750 nm和1550 nm的集成光子平台上实验证明了Sb2S3具有较强的光相位调制和较低的光损耗。与硅不同，Sb2S3的热光系数为负值，使得Sb2S3-Si混合平台对热波动不太敏感。此外，研究人员演示了一种集成的Sb2S3非易失性微环开关，它可以在高和低传输状态之间进行电调谐，对比度超过30 dB。实验验证了Sb2S3在与固态量子发射极和电信相关的波长范围内显著的相位修正和低损耗，使其在光场可编程门阵列、制造后处理和大规模集成量子光子网络等方面具有潜在的应用前景。相关研究工作发表在《Advanced Optical Materials》上。（丁雷）

       文章链接：Zhuoran Fang et al, Non-Volatile Reconfigurable Integrated Photonics Enabled by Broadband Low-Loss Phase Change Material, Adv. Optical Mater. 2021. DOI: 10.1002/adom.202002049.