在此图示的硅芯片（灰色）上，电数据（白色）通过基于Mach-Zehnder干涉仪（MZI）的电光调制器传输，并通过基于ITO的可调谐等离激元移相器将电数据编码到光域中（金色补丁在两个MZI部分的顶部）能够在与电信相关的C波段（红色和紫色）的多种波长的光下工作，从而提高了诸如数据传输或人工智能神经网络之类的光学应用的速度和效率。图片来源：Mario Miscuglio和Rubab Amin
研究人员首次开发和演示了一种硅基电光调制器，该调制器比最新技术更小，更快，更高效。通过将氧化铟锡（ITO）（一种在触摸屏显示器和太阳能电池中发现的透明导电氧化物）添加到硅光子芯片平台，研究人员能够制造出一种尺寸为1微米的紧凑型设备，并能够产生千兆赫兹的速度，或者每秒10亿次信号调制。
电光调制器是互联网的主力军。他们将来自计算机和智能手机的电子数据转换为光纤网络的光学数据流，从而实现了现代数据通信，如视频流。由于对数据服务的需求正在迅速增长并且正在向下一代通信网络发展，因此新发明是及时的。利用其紧凑的占地面积，电光转换器可以用作光学计算硬件中的换能器，例如模拟人脑的光学人工神经网络以及现代生活中的大量其他应用。
当前使用的电光调制器的尺寸通常在1毫米至1厘米之间。减小其尺寸可以提高封装密度，这对于芯片至关重要。尽管硅通常用作构建光子集成电路的无源结构，但硅材料的光物质相互作用会引起相当弱的光学指数变化，从而需要更大的器件尺寸。虽然谐振器可以用来增强这种弱电光效应，但它们会缩小器件的光学工作范围，并导致所需的加热元件消耗大量能量。
电气和计算机工程副教授沃尔克·索格（Volker Sorger）领导的乔治华盛顿大学的研究人员通过在硅光子波导芯片上均匀地添加一层氧化铟锡薄材料层，证明了光学指数变化比硅大1,000倍。 。与许多基于谐振器的设计不同，该频谱宽带设备可抵抗温度变化，并允许单根光纤电缆携带多个波长的光，从而增加了可通过系统传输的数据量。
“我们很高兴实现演示具有GHz速度的ITO调制器这一长达十年的目标。Sorger博士说：“这为性能增强但尺寸减小的下一代光子可重构设备开辟了新的视野。”
参考文献：Rubab Amin，Rishi Maiti，Yaliang Gui，Can Suer，Mario Miscuglio，Elham Heidari，Ray T. Chen，Hamed Dalir和Volker J. Sorger撰写的“硅光子上的亚波长GHz快速宽带ITO Mach–Zehnder调制器在硅光子上” ，Optica，2020年4月13日。
这项技术已被数项专利申请所涵盖，并可用于许可（美国专利申请第16 / 545,733号）。
这项工作由空军科研办公室（FA9550-17-1-0071和FA9550-17-1-0377）资助。
网友评论