日前，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)和普渡大學(xué)的研究人員展示了一種將壓電式氮化鋁技術(shù)與超低損耗氮化硅集成光子學(xué)相結(jié)合的芯片聲光調(diào)制方法。

這種混合電路能夠在超低功率的光子波導(dǎo)上實(shí)現(xiàn)寬帶驅(qū)動，因?yàn)樗３至说桦娐返某蛽p耗。目前，氮化硅已經(jīng)成為芯片級、基于微諧振器的光學(xué)頻率梳的主要材料。

研究人員將由氮化鋁和硅光子晶片制成的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器集成在一起，以調(diào)制兆赫到千兆赫的高頻孤子微梳。他們在氮化硅光子電路上制作了壓電氮化鋁執(zhí)行器，并對其施加電壓信號。信號以電學(xué)方式誘發(fā)體聲波。聲波調(diào)制氮化硅電路中產(chǎn)生的微梳。

圖片來源：洛桑理工學(xué)院

通過在超低損耗氮化硅光子電路上單片集成氮化鋁致動器，研究人員展示了電壓控制的孤子激發(fā)、調(diào)諧和穩(wěn)定的兆赫帶寬。

普渡大學(xué)的研究員Hao Tian制作了MEMS傳感器，并將其與洛桑理工學(xué)院開發(fā)的氮化硅光電子片集成在一起。研究人員使用混合系統(tǒng)演示了兩個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序。首先，他們展示了基于微梳的大規(guī)模并行相干激光雷達(dá)的優(yōu)化。這種方法可以為由CMOS微電子電路驅(qū)動的芯片激光雷達(dá)引擎提供一條新路徑。

其次，他們通過時(shí)空調(diào)制氮化硅微諧振器來制造無磁光學(xué)隔離器。Tian說：“對體聲波的嚴(yán)格垂直限制防止了交叉效應(yīng)，執(zhí)行器因此可以被近距離放置，這是實(shí)現(xiàn)p-i-n硅調(diào)制器的挑戰(zhàn)。”

圖片來源：洛桑理工學(xué)院

電路采用CMOS兼容的鑄造工藝制造，這種工藝是集成的，令該技術(shù)在商業(yè)上更加可行。研究人員說，MEMS傳感器是在氮化硅光子晶片上制造的，加工過程非常簡單。EPFL研究員Junqiu Liu說：“這一成就是微梳技術(shù)、集成光子學(xué)、微機(jī)電系統(tǒng)工程和非線性光學(xué)的一個(gè)新里程碑。通過利用壓電和大量聲光相互作用，它使芯片上的光調(diào)制具有前所未有的速度和超低功耗?！?/p>

這項(xiàng)新技術(shù)將推動微梳技術(shù)在空間、數(shù)據(jù)中心、便攜式原子鐘等電力關(guān)鍵系統(tǒng)或極端環(huán)境(如低溫環(huán)境)中的應(yīng)用。