研究人员利用单芯片上的光声相互作用

目前，越来越多的科学家正在将布里渊散射应用于5G和宽带网络，传感器，卫星通信，雷达系统和国防的新一代集成电路。

虽然光在光纤内散射的反馈可以降低光信号的强度，但是该反馈过程也可以用于将光信息集成到芯片中。悉尼纳米研究所所长Ben Eggleton教授正在研究如何应用光子——声子相互作用，并与该领域的其他人一起发表了一篇论文，概述了布里渊与光子学结合的研究历史和发展潜力。

集成电路的概念图，包含受激布里渊散射装置。由Nature Photonics提供。

在受激布里渊散射（SBS）中，光和声波耦合，使得在光子和声子之间产生增强的反馈回路成为可能。通过SBS增加布里渊反馈效应的功能可以提供一种新的方法，将光学信息集成到芯片环境中，使用声波作为缓冲器，在没有电子系统产生的热量的情况下减慢数据速度。Eggleton说：“管理微芯片上的信息会占用大量电力并产生大量热量。”此外，使用SBS的集成电路提供了更换飞行和导航系统中可能重100或1000倍的组件的机会。这将不会是一项微不足道的成就。

2017年，Eggleton的团队展示了光在芯片上的声学信息传递。该团队进一步开发了基于芯片的信息恢复技术，消除了对大型处理系统的需求。 Eggleton说，在芯片级光声集成系统可以在商业上部署之前，还需要进一步的改进，但在尺寸，重量和功率（SWAP）方面的回报将是值得的。接下来的挑战是开发一种将微波和射频处理器与光声相互作用集成在一起的架构。

另一个挑战是减少由不需要的光散射引起的系统噪声，从而降低信噪比。研究人员说，一种可能的方法是使芯片在低温下工作。这会产生重大的实际意义，它也可以提供对光子——声子相互作用的进行更多控制。

该小组还在研究构建其综合系统的材料。其中，硅具有明显的吸引力，因为大多数微电子都是使用这种廉价，丰富的材料制造的。然而，考虑到材料的相似性，当与硅衬底耦合时，光纤中使用的二氧化硅可能导致信息泄漏。

悉尼大学纳米研究所最近与澳大利亚皇家空军（RAAF）签署了合作协议，以推进其RAAF传感能力的计划。洛克希德马丁公司和哈里斯公司也在与Eggleton集团合作。

“这里的重大进展是在非常小的尺度上同时控制光和声波，”该论文的作者之一Christopher Poulton教授说。 “这种类型的控制非常困难，尤其是因为两种类型的波具有极其不同的速度。本文概述的制造和理论的巨大进步表明，这个问题可以解决，光和声之间的强大相互作用，如布里渊散射，现在可以在一个芯片上驾驭。这为连接光学和电子设备的众多应用打开了大门。“

除了教授Eggleton和Poulton之外，该研究的作者还有耶鲁大学的Peter Rakich教授，麦考瑞大学的Michael Steel教授和伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的Gaurav Bahl教授。该研究已发表在Nature Photonics（https://doi.org/10.1038/s41566-019-0498-z）上。