光是如何在光子集成電路中傳播的？

(a)光子器件內(nèi)傳播波成像實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。1550 nm信號(hào)脈沖(橙色)通過光柵耦合到絕緣體上硅(SOI)波導(dǎo)中，而780 nm泵浦脈沖(紅色)使用長(zhǎng)工作距離物鏡聚焦到器件上。當(dāng)兩個(gè)脈沖在時(shí)間和空間上重疊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生非線性波(綠色)，通過二向色鏡(DM)與泵浦分離，并由標(biāo)準(zhǔn)CMOS相機(jī)收集。P、F和/2分別表示線性偏振器、光譜濾波器和/2波片。(b)軸定義和泵浦光束(垂直入射)、信號(hào)光束(沿波導(dǎo)引導(dǎo))和非線性產(chǎn)生的光束(根據(jù)信號(hào)波的波矢量以一定角度反射)的傳播方向。(c)單波導(dǎo)截面。

光子集成電路領(lǐng)域?qū)Ｗ⒂诠庾釉男⌒突捌湓诠庾?a target="_blank">芯片中的集成——光子芯片是一種使用光子而不是電子進(jìn)行一系列計(jì)算的電路。

硅基光子學(xué)是一個(gè)發(fā)展中的領(lǐng)域，與數(shù)據(jù)中心、人工智能、量子計(jì)算等密切相關(guān)。它使芯片的性能和成本效益比得到了巨大的改善，因?yàn)樗陔娮宇I(lǐng)域芯片中相同的流行原材料。

然而，盡管受益于發(fā)達(dá)的光刻生產(chǎn)工藝，該工藝能夠精確生產(chǎn)所需的器件，但這些儀器尚不能精確繪制芯片的光學(xué)特性。這包括其內(nèi)部的光運(yùn)動(dòng)——由于器件的微小尺寸，很難對(duì)制造缺陷和不準(zhǔn)確的影響進(jìn)行建模，因此這是一種至關(guān)重要的能力。

來自以色列理工學(xué)院安德魯和埃爾納維特比電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院的研究人員發(fā)表了一篇新文章，以應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，展示了芯片上光子電路的高級(jí)光成像。該研究發(fā)表在《光學(xué)》雜志上，由高級(jí)光子研究實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人蓋伊·巴塔爾教授和博士生馬坦·伊魯茲領(lǐng)導(dǎo)，并與阿米爾·羅森塔爾教授的研究小組合作。研究生科比·科恩、雅各布·海爾丁、約阿夫·哈贊和沙伊·特塞斯也參與了這項(xiàng)研究。

研究人員利用硅的光學(xué)特性來繪制光的傳播圖，而不需要任何形式的侵入性動(dòng)作，這種侵入性動(dòng)作會(huì)擾亂或改變芯片。這個(gè)過程包括繪制光波的電場(chǎng)，并定義影響光運(yùn)動(dòng)的元素——波導(dǎo)和分束器。

該過程提供了光子芯片內(nèi)部光的實(shí)時(shí)圖像和視頻記錄，無需損壞芯片，也不會(huì)丟失任何數(shù)據(jù)。這種新過程有望改善光子芯片在電信、高性能計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、距離測(cè)量、醫(yī)學(xué)成像、傳感和量子計(jì)算等各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和優(yōu)化過程。

審核編輯 黃宇