硅光子学的革命性发展:世界上最小的光学频率梳

来自UCSB、加州理工学院和瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的一组研究人员已经开发出一种在硅光子芯片上制造系统的方法。这一突破可以降低生产成本,并与既定的硅芯片制造工艺集成。

  如今,光子学引领着潮流,而现在的一项新发展彻底改变了光子数据系统的潜力。

  过去有效的方法可能不再适用。如今,服务器之间的链接越来越长,这些链接产生的热量变得越来越麻烦。现代系统还需要更大的带宽容量,并且不能容忍铜缆链路固有的延迟,由此产生了光子学,光子携带的信息以光速传播,光子不产生热量。

  先前,加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)和英特尔的硅激光技术演示展示了使用光子发送数据的技术。现在,十五年后,英特尔每年为数据中心提供数百万个基于硅的光子收发器。

  然而,目前,硅激光技术的实际应用需要使用复杂、麻烦的光学系统。来自UCSB、加州理工学院和瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的一组研究人员已经开发出一种在硅光子芯片上制造系统的方法。这一突破可以降低生产成本,并与既定的硅芯片制造工艺集成。

  多个无线电台可以在同一空域上向世界传送许多节目,因为每个电台都以不同的频率广播。同样,不同颜色的激光器可以传输来自同一数据链路的独立数据流,而不会产生干扰。问题是每个硅激光器只能在一个频率上传输。

  正如UCSB的研究小组负责人John Bowers所述,“为此,你可能实际上需要在该芯片中使用50个或更多激光器。 其中的多个缺点是,激光频率可能彼此漂移,就像用来产生干扰的无线电台一样。”

微型梳状芯片的内部结构,仅需四分之一即可显示其尺寸。.jpg

  微型梳状芯片的内部结构,仅需四分之一即可显示其尺寸。

  随着光学频率梳的发展,即等距激光通道的合并,该问题得以缓解。频率与强度的关系曲线图显示出峰顶和空隙,看起来像梳子的轮廓,因此得名。到目前为止,创建频率梳是一项具有挑战性的工作。

  Bowers团队的解决方案非常简单,由氮化硅光子芯片和反馈激光器组成。根据Bowers的说法,“我们拥有的是一种光源,它可以用一个激光器和一个芯片产生所有这些颜色,这就是重要的意义。”

  新解决方案可节省功率、成本和电路板空间,这也使稳定的梳子(称为孤子)的生产更加容易管理。根据加州理工学院的合著者Kerry Vahala所说:“新方法使该过程像打开室内照明灯一样容易。”

  Vahala受到EPFL的Tobias J. Kippenberg的支持,后者是氮化硅光子学芯片的提供商,该技术先前是由LIGENTEC商业化的。Kippenberg指出:“结果的显着之处在于可按需生成频率梳的可重复性。”

  正如UCSB的公告所述:“所有这些改进背后的魔力在于有趣的物理现象。当泵浦激光器和谐振器集成在一起时,它们之间的相互作用形成了一个高度耦合的系统,该系统具有自注入锁定功能。它同时产生“孤子”,这些 脉冲在谐振器内部无限循环,并引起光频率梳。”

  光学时钟是当今可用的最精确的时钟,但由于体积庞大而笨重,Kippenberg说,世界上几乎没有这种时钟,借助这种新技术,可以将光钟做得足够小、便宜,可以装在手表上。虽然这可能有点过大,但它对GPS和许多其他应用程序有影响。Bowers表示,“这是将频率梳技术从实验室转移到现实世界的关键步骤。”

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张帅说传感

解读传感器发展趋势,洞悉传感器产业背后发展逻辑,关注企业、技术、市场、产品等。

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