新型硅基光子芯片實(shí)現(xiàn)光單向無(wú)反射傳輸

2012年11月25日，中國(guó)南京大學(xué)和美國(guó)加州理工學(xué)院研究人員在英國(guó)《自然—材料》雜志網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表論文稱他們?cè)O(shè)計(jì)出一種新型硅基光子芯片，初步實(shí)現(xiàn)了光的單向無(wú)反射傳輸，從而拓展了光子晶體及傳統(tǒng)超構(gòu)材料的研究領(lǐng)域，為在經(jīng)典光系統(tǒng)中探索和發(fā)展具有量子特性的新型光子器件提供了新的研究思路。

通過(guò)光子傳輸信息的光通信技術(shù)目前應(yīng)用已很廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是通信容量大、數(shù)據(jù)損耗低、保密性好。然而電子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域仍依賴于電子芯片，這在很大程度上限制了光通信的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)電子器件的量子尺寸限制和功耗問(wèn)題也成為計(jì)算和通信領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

科學(xué)界希望光子能成為新的信息載體，希望光子芯片成為未來(lái)超高速通信和運(yùn)算的主要信息處理器件。光子芯片的使用可大大提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和運(yùn)算速度，對(duì)單位和家庭網(wǎng)絡(luò)及手機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)都將產(chǎn)生革命性影響。不過(guò)，制備光子芯片也面臨重要難題——如何實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱光信號(hào)的傳輸。非對(duì)稱傳輸?shù)钠骷陔娮雍臀⒉I(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，如電子二極管和以單向耦合器為基礎(chǔ)的微波網(wǎng)絡(luò)分析儀。中美研究人員的目標(biāo)是制備出“光子版”單向傳輸器件，即以光子二極管為核心的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)分析儀。

研究人員去年設(shè)計(jì)出一種硅基光波導(dǎo)，光在波導(dǎo)內(nèi)沿著一個(gè)方向傳播，當(dāng)它沿相反方向傳播時(shí)則會(huì)彎曲，這種光學(xué)元件為實(shí)現(xiàn)光的單向傳輸、光二極管器件等提供了新路徑。最近的研究則在硅基波導(dǎo)上巧妙引入實(shí)部和虛部的匹配相位調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了光波導(dǎo)中光的完全單向無(wú)反射，這一單向無(wú)反射的硅基波導(dǎo)有望被用于實(shí)現(xiàn)硅基芯片集成的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)分析儀。

論文共同作者、南京大學(xué)盧明輝副教授認(rèn)為，這一研究成果為實(shí)現(xiàn)可與CMOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝相容的新一代光子器件集成工藝設(shè)計(jì)、制備提供了新途徑，拓展了光子晶體及超構(gòu)材料的研究領(lǐng)域，為人工結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的發(fā)展開(kāi)辟了新路徑。