科学家展示了控制光行为的新方法

声波用于在硅光子线内的两个通道之间散射光。(插图由Eric Kittlaus)

耶鲁科学家展示了一种新方法来控制硅芯片上光的行为 - 具体而言,其方向 - 通过使用声波。这次发现将于9月17日在Journal Nature Photonics中出现。

几十年来,研究人员试图适应广泛使用的光学技术 - 包括激光器,发射器和接收器 - 基于微芯片的设备。“综合光子专业领域为应用提供从节能通信到精密感应和量子信息的潜在突破,”耶鲁耶鲁应用物理副教授Peter Rakich解释说,耶鲁队的副教授,他领导了研究团队。“这非常令人兴奋,因为我们已经看到了实用商业系统中使用的这些技术。”

一项重大挑战是缺乏可以产生所谓的非互惠作用的芯片规模技术。这些包括隔离器,其是光的“二极管”,用于仅允许在一个方向上传输,并将向后移动的光波分离成单独的通道。这项研究的第一作者埃里克·凯蒂斯(Eric Kittlaus)表示,“这些设备在技术上是重要的,因为它们允许我们控制和路由芯片上的灯。例如,如果我们有一个片上激光器,其中一些发射的光反射回内部,这可能会严重影响设备的性能。使用隔离器,我们可以确保只允许光退出我们的激光。“

在大多数材料中,光线是否相同,无论是向前还是向后行驶。生产商业台上光学隔离器的现有方法通常涉及与永磁体接合的合成石榴石晶体。然而,在构建片上器件时,既不容易出现异国晶体也不是磁场。

结果,替代提案寻求使用基于芯片的光电路的电气或声学控制以展示非互易光传播。到目前为止,这些有希望的方法已经受到诸如过度的光信号损失或仅用于单色的光的问题受到阻碍。

通过在硅芯片上耦合光和声音,Rakich的团队证明了行驶超声波可以在波长范围内产生非往复式传播100倍比先前观察到的,并且实际上没有光信号的过量损失。同一个系统有另一个好处:声波本身是使用光线创建的,允许研究人员控制局部超声发射的形状和方向。根据研究人员,这种额外的“旋钮”允许同一设备在实际上的灯光信号上操作。

“除了实际用途之外,这是一个非常有趣和非直观物理的一个例子 - 看到这些不同的部件汇集在一起​​非常优雅,”Kittlaus说。

本文的共同作者之一,“我们是这项工作的科学和技术含义令人兴奋的”我们是其中一项工作的伊斯特尔特罗姆。这种结构不仅允许我们探索新的物理现象,但它还代表了实现实用芯片级隔离器和循环技术的重要里程碑,这是集成光子学面临的最重要的剩余挑战之一。“

来自耶鲁应用物理部门的其他共同作者包括Prashanta Kharel和Shai Gertler的研究生。

出版物:Eric A. Kittlaus等,“非互惠间布里渊调制”,自然光子(2018)

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