一种由光改进的光学芯片

       技术正日益朝着小型化和能源高效的方向发展。这也适用于电子芯片。光和更广泛的光学器件在制造小型化和便携的芯片方面发挥着作用。由 Camille Brès 教授领导的光子系统实验室的研究人员成功地应用了一种将二阶光学非线性引入氮化硅芯片的新原理。在《Nature Photonics》杂志上首次报道。

不同颜色的光

       Camille Brès 教授解释说：“例如，当使用绿色激光标志时，激光本身不是绿色的，因为它们特别难以制造，所以我们改变了现有激光的频率，激光以绿色的一半频率发射，然后我们通过晶体的非线性效应将其频率加倍为我们提供绿色。我们的研究包括将此功能集成到可以使用为电子学（CMOS）开发的标准技术制造的芯片上。基于此，我们将能够在芯片上有效地产生不同颜色的光”。展示的方法以前从未实现过。目前与兼容CMOS 工艺的光子芯片使用标准光子材料，例如硅，它不具有二阶非线性，因此在本质上不能在这种方式下转换光频率。Camille Brès 教授补充说：“事实证明，这成为了技术进步的一个障碍。”

放大器环

      工程学院的科学家们开发了一种诱导非线性的技术，该技术用于在通常无法做到的地方转换光频率。此外，为了使这种转换有效，他们使用了一种环形结构的谐振器，可以放大光所经历的非线性过程。氮化硅谐振器的技术是在 EPFL 实现的，现在已经被 Ligentec SA 商业化，具有非常低的损耗，因此光可以在谐振器中循环很长时间。论文共同第一作者Edgars Nitiss 博士解释说：“非线性来自光和物质之间的相互作用。如果要使此过程实用且有效，这种作用必须很长时间。但是，芯片是一个小物体，我们无法从长距离中受益”。引入谐振器的光被捕获，并且增加非线性相互作用所需的传播时间。

高速公路上的两辆车

       Camille Brès 说：“由于这种技术，芯片的效率得到了显著提高。但是增加了一个新的约束。使用谐振器时，我们在可用颜色方面受到限制。”论文共同第一作者Jianqi Hu博士说：“事实上，非线性效应的有效性也取决于不同相互作用颜色之间的相位一致性，然而它们不可避免地具有不同的传播速度。就像两辆车在高速公路上。我们希望快车道上的一辆减速，而另一辆加速，这样它们就可以并排转动，从而相互作用。”研究人员总结道：“这通常仅在谐振器中非常受限的情况下才能实现。研究人员找到了一种解决方案以避免这种限制，并且虽然使用了谐振器，但仍然可以使用多种颜色。在谐振器中，光波传播，产生改变材料特性的相干相互作用。结构的自组织以完全的全光学的方式实现，无论输入颜色如何，它都能自动补偿相位失配。因此，我们规避了谐振器的关键限制，同时仍然在其强大的效率提升中受益。”

      消息来源：https://phys.org/news/2022-01-optical-chip.html