重大突破:一种控制光相位的创新方法!

摘要:北京时间20200226关于【重大突破:一种控制光相位的创新方法!】的具体情况和说明,让www.lujinhua.cn新闻频道的以图文形式为您慢慢道来。

原标题:重大突破:一种控制光相位的创新方法!

现如今,由于硅在电信波长上的透明性、电光和热光调制的能力以及与现有半导体制造技术的兼容性,它已经成为首选的集成光子学平台。尽管硅纳米光子学在光数据通信、相控阵、激光雷达以及量子和神经电路领域取得了长足进步,但将光子大规模集成到这些系统中仍存在两个主要问题:对电子系统不断增长的光带宽及其高功耗的需求。

现有的硅体相位调制器可以改变光信号的相位,但这一过程以高的光损耗(电光调制)或高的电能消耗(热光调制)为代价。哥伦比亚大学团队,由尤金·希金斯电气工程教授和哥伦比亚大学的应用物理学教授米甲·利普森宣布,发现了一种使用二维材料控制光相位的新方法-原子级薄材料,仅0.8纳米,即头发丝的1/100,000,在不改变其振幅的情况下,功耗极低。

在2月24日发表在《自然光子学》杂志上的一项新研究中,研究人员证明,只需将薄材料放在无源硅波导的顶部,它们就可以像现有的硅相位调制器一样强烈地改变光的相位,但光损耗和功耗损耗低得多。

“由于与相位变化相关的高光学损耗,光学相干通信中的相位调制仍然是一个很大的挑战,”利普森表示:“现在我们发现了一种只能改变相位的材料,这为我们扩展光学技术的带宽提供了另一种途径。”

半导体二维材料,如过渡金属双卤族化合物(TMDs),其光学性质随着其激子共振峰(吸收峰)附近的自由载流子注入(掺杂)而发生显著变化。然而,在远离这些激子共振的电信波长处,掺杂对TMDs光学性质的影响知之甚少,因为在这些激子共振处,材料是透明的,因此可以在光子电路中利用。

哥伦比亚团队的成员包括哥伦比亚工程学院机械工程学教授James Hone和大学物理学教授Dimitri Basov,他们通过集成半导体单层的低损耗氮化硅光学腔和掺杂的单层使用离子液体来探究TMD的电光响应。他们观察到了掺杂引起的大相位变化,而光损耗在环形腔的传输响应中变化最小。他们表明,相对于单层TMD吸收变化,掺杂引起的相变约为125,这明显高于通常用于硅光子调制器(包括Si和Si上的III-V)的材料中观察到的相变,同时伴随的插入损耗可忽略不计。

“我们是第一批在这些薄单分子层中观察到强电折射变化的人。”论文的主要作者Ipshita Datta说,他是利普森的博士生。“我们利用低损耗氮化硅(SiN)-TMD复合波导平台实现了纯光相位调制,波导的光模式与单层相互作用。所以现在,只要简单地把这些单分子膜放在硅波导上,我们就可以改变相同数量级的相位,但降低了10000倍的电力损耗。这对于光子电路和低功率激光雷达的标度是非常鼓舞人心的。”

研究人员正在继续探索和更好地理解强电折射效应的潜在物理机制。目前正利用他们的低损耗和低功率相位调制器来取代传统的移相器,从而在大规模应用中减少电力消耗,如光学相控阵、神经和量子电路。

拓展资料:硅光子的技术进展及产业格局

硅光子技术利用成熟的硅制造工艺制作光电子元件,其低成本和大批量生产的优势吸引了许多光电领域的关注,尤其以光通信行业表现最为积极。因为数据中心的内部需要大量的短距光连接线路,这被认为是最适合当前硅光器件应用的场景。

硅光子学被广泛认为是进一步开发解决互联网上不断增长的流量所需的光学互连解决方案的关键技术。从第一条海底光缆到光纤到户部署再到数据中心,光已成为20多年来高速光通信的终极媒介。与铜线相比,在每个高速通道的低能耗下,光互连可以在长距离和短距离上低延迟地工作,从而形成高速的,端到端的网络,以及具有统一光切换的新架构网络。出于这个原因,光链路正在许多互联网网络层面上作为功能模块出现,包括服务器,交换机,网络存储,客户端等。

基于5G和数据中心的业务需求,近日,诺基亚公司宣布计划收购美国硅基光电子初创公司Elenion。Elenion的技术和独特的设计平台,服务能力可以帮助诺基亚应对5G,云计算,企业网络等快速发展带来的光连接需求。硅光技术的量产能力和经济性将为诺基亚开发新产品缩短时间,同时降低成本。

硅光子的一些技术进展

由于硅光子技术的巨大发展潜力,各国都投入了相当多资源开展研究和商业推广。在众多学术和商业机构的共同推动下,硅光子领域取得了相对快速的进步。

IBM 在 2011 年提出了一种硅光集成计划,如下图所示。到 2020 年后,可将处理器 IC 直接贴装在光子芯片上,将电路和光路都在同一层面传输。

然而,光路和电路始终有本质的不同,即使都是以硅衬底蚀刻得到,但在结构上差别非常大,因此出于现实的考虑,目前的方案以电路和光路分层混合集成为主要方向。如 Intel 的集成计划。

Intel 将硅光技术分成了如上图所示的六个部分,从光源发射,到最后与 IC 的集成,都是当前硅光领域必须解决的问题。

如何采用多层结构混合电路层和光路层呢?这里就要用到光学通孔的技术了。在电路板上,通孔是非常常见的层间导电线路,因此光学通孔就是把光线也通过通孔传输到其它层。

如上图所示,光电子元件贴装在最上层,通过通孔将光线传导到下层的光波导中。下图是实物照片。

如果我们要进一步提高集成度,将传感器,存储器等多种功能也纳入芯片层面,就要采用多层通孔结构。

尽管这种高度集成的硅光子芯片难度非常大,现在还只停留在设计阶段,但是借助 3D 封装的方法,我们能够将各自不同材料的芯片混合集成起来,也是当前技术水平下最优的选择。

对于硅光器件来说,除了本身的设计之外,还有一个难题是与光纤的耦合。因为硅的折射率与光纤材料二氧化硅相差极大,直接耦合会造成严重的损耗。因此,设计和制造适当的引导面就是封装的一项关键技术。

上图所示是一个 SOI 基底的硅光子芯片紧紧贴在光纤阵列端面的结构。这是一种比较简单的耦合方法。下图则是较为复杂的做法。

在这个例子当中,光纤阵列端面被抛光到一定角度,然后直接对准硅光芯片的受光面将光线投射进去。

UPVLC提出了一种 3D 耦合方式,可以集成更复杂的元件。

对于硅光技术来说,提高集成度永远是业界追求的目标。尽管我们在研究机构发布的成果里能看到很多进步,但是受限于产业水平,真正商用化的硅光技术产品仍然是比较简单的光学元件,而在性能和价格上也尚未具备颠覆性的竞争力。

硅光子产业现状

Intel, Luxtera, Acacia 等公司的硅光子产品已经开始批量供货,尤其 Intel 是行业的领军者,其采用自己开发的III-V族有源器件与硅波导混合集成技术的100Gbps PSM4 QSFP 收发器和 100G CWDM4 收发器都已面市。

不让 Intel 专美,网络设备制造商 Mellanox 也展开了行动,以8,200万美元收购 Kotura 后,立即将后者的硅光调制器和探测器芯片安装在自己的模块当中。

另一家主要的硅光器件生产商 luxtera 也推出了 QSFP 有源光缆产品。

除了业内知名的大企业外,众多初创公司的诞生更是给硅光行业带来了大量的创新。

美国创业公司 Aurrion 开发了与磷化铟异质结混合集成的硅光子平台,已被著名网络设备商 Juniper 收购。

来自德国的初创公司Sicoya开发了全集成硅光收发器芯片,在 Micro Photonics 会议和博览会上赢得了欧洲光子学创业挑战赛。

从麻省理工大学派生的创业公司 Lightmatter 将推出全球首款用于 AI 的硅光子处理器,从而将硅光技术用于高速计算当中。

考察这些初创公司我们会发现,他们都有很强的技术背景,特别是大量诞生于大学和研究机构之中。这大概是因为硅光技术难度大,研究投入多,只有先借助学校的资源获得成果后,才能走向商业化。

国内的硅光技术也处于热潮之中,今年上海市已将硅光列为市级科技重大专项,由张江实验室牵头,高校,科研院所和企业共同参与,打造从设计,流片到封装的完整工艺线。产业界对硅光也持积极的态度,如华为收购了多家国外硅光创业公司,海信和光迅也都在加紧研发硅光器件。

但是总体而言,就像其它类型的芯片一样,中国仍然与国外先进水平差距巨大。特别是在硅光芯片的开发和制作上,基本只停留在样品阶段,除了应付一些科研项目外,还很难商用化。一些企业虽然也在研发硅光产品,但主要还是集中在封装技术上,内部的核心芯片仍依赖外国的供应。这也是国内的老问题了,因为硅光芯片也是在现有的 CMOS 工艺平台上制作,而中国本身就在半导体芯片工艺上落后,自然也会连带拖累硅光的技术发展。对于企业来说,芯片研发的投入太大,从规避风险的角度考虑,也只能先集中资源做封装,以求尽快出产品获得利润。

硅光产业链大致与半导体行业类似,上图描述了硅光产业从设计,流片,封测,到应用层面各个环节的商业机构分布。

以上内容由激光行业观察编辑翻译及整理,激光天地转载,部分来自网络,不代表本公众号观点及立场,仅供交流学习之用,如有任何疑问请留言与我们联系!


查看更多

实时推荐

刘备的野心有多大?把他4个儿子的名字连起来,你就明白了
推荐 2020-04-02 10:58 150 5347
最早隔离的欧洲城市:曾躲过两次瘟疫,以居家隔离来设计住房
推荐 2020-04-02 10:58 392 3127
被郭沫若抛弃的日本妻子:独身抚养5个孩子成才:很自豪成中国人
推荐 2020-04-02 10:58 993 1506
签约了!滁宁之间这条公路传来新进展......
推荐 2020-04-02 10:58 630 637
锡山新上笋盘,雍景湾三居室,首付仅38万!折下来每平才1.1万
推荐 2020-04-02 10:58 561 4832
日本医师会发布“医疗危机宣言”安倍晋三建议利用奥运安保宿舍
推荐 2020-04-02 10:58 382 8309
MLXG:感觉现在RNG问题挺大的,赢比赛基本都是靠对面失误!
推荐 2020-04-02 10:58 252 500
“全覆盖,不留死角”!许昌民警深入田间地头铲毒!
推荐 2020-04-02 10:58 741 8065
为提升美国销量 FCA 通用尝试打折和线上销售
推荐 2020-04-02 10:58 170 7685
荣威 RX5 再出新款,新车或将命名荣威 RX5 PLUS
推荐 2020-04-02 10:58 478 8221
国内春天的颜值榜单,都藏在这几条自驾线里了,清明五一刚刚好!
推荐 2020-04-02 10:58 358 850
山东钢铁已回购1.6亿股 将视情继续实施
推荐 2020-04-02 10:58 288 586
玛莎拉蒂Levante Trofeo改装案例,法拉利同款引擎性能再升级
推荐 2020-04-02 10:58 451 4404
切尔西崛起在即?超1亿夏窗引援在谈,阿布要逆势大翻盘?
推荐 2020-04-02 10:58 719 1152
潍坊奎文全力抓好项目建设 推进经济社会发展全面恢复
推荐 2020-04-02 10:57 796 6158
5G网络基础建设不停歇 深圳将在8月实现5G全覆盖
推荐 2020-04-02 10:57 735 3028
苹果全新专利设计曝光:iPad也要采用“刘海”全面屏了?
推荐 2020-04-02 10:57 227 7658
奎文经济开发区(廿里堡街道)加快推进重点项目建设 增强经济发展新动力
推荐 2020-04-02 10:57 752 5785
民警上门送证送温暖真情服务暖民心
推荐 2020-04-02 10:57 425 4445
权威发布丨一揽子税费优惠政策为企业纾困解难
推荐 2020-04-02 10:57 561 764
仁寿公安为莘莘学子复学复课保驾护航
推荐 2020-04-02 10:57 340 9485
利物浦王朝或崩塌!克洛普2年内恐离开,德足协内定他执教国家队
推荐 2020-04-02 10:57 130 1306
四川甘孜州地震怎么回事?四川甘孜州地震几级的严重吗具体详情
推荐 2020-04-02 10:57 383 2926
宣传到人、踏查到户,河南鹿邑禁种铲毒工作见实效
推荐 2020-04-02 10:57 770 9936
连续三年保持命案破案率100%
推荐 2020-04-02 10:57 127 5050
“电耗子”调改电表?盗取电能5000余度
推荐 2020-04-02 10:57 200 6311
一面锦旗表谢意
推荐 2020-04-02 10:57 884 7454
民警雨夜送聋哑人回家受好评
推荐 2020-04-02 10:57 461 8229
孙丰华、徐明光到滨州沾化区走访慰问贫困妇女儿童
推荐 2020-04-02 10:57 782 993
摊位前“赖着”一个小女孩 民警暖心护送其回家
推荐 2020-04-02 10:57 545 1944
新生宝宝易患结红眼病的原因
推荐 2020-04-02 10:57 116 5978
现代汽车发布 2021 款伊兰特混合动力 计划第三季度上市
推荐 2020-04-02 10:57 867 2191
为复工企业行政审批“提速”
推荐 2020-04-02 10:57 972 3510
房县开展易制毒化学品企业复工复产安全检查
推荐 2020-04-02 10:57 680 5729
国安利好不断,两大悍将传来喜讯,一人可和阿兰完成锋线双剑合璧
推荐 2020-04-02 10:57 108 6961
渝北刚需上车神盘,业主贱卖长安华都三居室,每平仅1.2万,首付仅55万!
推荐 2020-04-02 10:57 111 1361
德媒:格策合同今夏到期,无意前往中超或大联盟踢球
推荐 2020-04-02 10:57 145 9543
还记得那个两次为狼王起舞的球迷吗?他又有新作品了,感动依旧
推荐 2020-04-02 10:57 875 7824
民警巡逻途中及时排除交通安全隐患
推荐 2020-04-02 10:57 414 1498
设置口岸检疫岗位、建医学排查方舱!济青海关坚决守好境外疫情输入第一道防线
推荐 2020-04-02 10:57 531 9343
大木所民警帮助群众找到丢失的现金
推荐 2020-04-02 10:57 839 3286
战疫中的爱情故事有续集了
推荐 2020-04-02 10:57 382 7285
5G旗舰手机全面涨价 有的是良心有些却在浑水摸鱼?
推荐 2020-04-02 10:57 461 4004
意大利获捐3000万口罩,2200万来自中国!世界冠军:感谢
推荐 2020-04-02 10:57 526 4415
一个国家的军队战斗力,最长能保持多久?这个国家至今没能被超越
推荐 2020-04-02 10:57 953 6634
49岁张庭生图曝光,肌肤水嫩,颜值依旧很耐打,网友:好羡慕!
推荐 2020-04-02 10:56 870 4622
太原副市长王爱琴出任山西省文化和旅游厅厅长
推荐 2020-04-02 10:56 112 4788
佟丽娅私下被拍,穿紧身衣上跑步机大汗淋漓,陈思诚又被骂惨了!
推荐 2020-04-02 10:56 338 852
钟欣潼空降DOULive超级星播夜,连麦"毛毛姐"现场教学
推荐 2020-04-02 10:56 228 1394
男护士与非洲朋友的“疫”面之缘
推荐 2020-04-02 10:56 936 5123
减税费优服务 助复产促发展 全市税收宣传月活动启动
推荐 2020-04-02 10:56 312 8565
46岁朱迅台上台下判若两人,鱼尾纹太明显,网友:女神老了!
推荐 2020-04-02 10:56 459 3190
鹿晗吴亦凡抱团?吴倩张雨剑隐婚?人气男星被逼陪酒?
推荐 2020-04-02 10:56 272 5327
原创 河正宇主演恐怖片《衣橱》感觉有人透过微微敞开的衣橱缝隙盯着自己
推荐 2020-04-02 10:56 932 7567
从娱乐圈“宠儿”成“弃儿”,出道24年,一手好牌被前任两张图带走!
推荐 2020-04-02 10:56 998 4819
鹿晗吴亦凡《咖啡》好听还是难听?黄子稻宣传,唯独不见张艺兴?
推荐 2020-04-02 10:56 869 2093
原创 不一定瘦就好看,金泫雅就是个例子,网友:还是微胖更好看!
推荐 2020-04-02 10:56 328 2681
2020宁波读书月活动启动
推荐 2020-04-02 10:56 995 9562
原创 胡歌被粉丝催婚,4位候选人出炉,网友:最后一位实在是太合适了
推荐 2020-04-02 10:56 146 9110
《游侠索罗》成星战影史上唯一票房失败之作 续集拍摄确定无望
推荐 2020-04-02 10:56 791 4029
凯翼炫界有望二季度上市,提供两种样式中网,配全景天窗
推荐 2020-04-02 10:56 522 4456
星辰大海 魏你而来
推荐 2020-04-02 10:56 514 1622
芒果台又一校园剧来袭,高颜值男女主CP感爆棚,冲着剧名追定了
推荐 2020-04-02 10:56 183 775
原创 康熙为什么被后人称颂为千古一帝,为何质疑称其有负盛名?
推荐 2020-04-02 10:56 853 810
年过半百,50岁的张庭和儿女象姐妹,羡慕没有用,真的是要学习她
推荐 2020-04-02 10:56 821 8516
百公里油耗最低 1.3L! 还能免交购置税 三款合资插混车型推荐
推荐 2020-04-02 10:56 346 6801
滨州沾化区下洼司法所:“忙里偷闲”学习社区矫正法
推荐 2020-04-02 10:56 665 5192
邓伦新综艺《极限挑战》?还没官宣,期待他的表现
推荐 2020-04-02 10:56 904 4116
湖南省司法厅督导常德市强戒所疫情防控和大整顿工作
推荐 2020-04-02 10:56 683 7422
她是清华女博士,长相太美却拒绝进圈,今嫁“天才歌手”成这样
推荐 2020-04-02 10:56 824 6661
不甘心!美国圣地亚哥动漫大会依旧希望7月下旬举办
推荐 2020-04-02 10:56 222 4317
IN视频|凌晨,龙华一辆载着1000个充电宝的货车内冒出浓烟
推荐 2020-04-02 10:56 708 623
熊孩子好奇心惹纠纷 民警调解促和谐
推荐 2020-04-02 10:56 169 1115
引起屈光不正的因素
推荐 2020-04-02 10:56 441 1311
宝宝拉绿便了怎么办,新手爸妈别慌,找找原因!
推荐 2020-04-02 10:56 716 2891
潍坊奎文区推行“分餐制”取得积极成效
推荐 2020-04-02 10:56 953 6833
西昌发生森林火灾,四川森林消防总队430人前往增援
推荐 2020-04-02 10:56 531 9474
暗恋十年的男神终于成了我的男朋友,没想到他是这样的人
推荐 2020-04-02 10:56 891 9215
原创 林小宅被Lisa主动拥抱,谁注意她说了句啥?难怪导师只记住她
推荐 2020-04-02 10:56 485 9829
DNF4.2体验服:300魔盒实测,+13强化卷子如镜花水月
推荐 2020-04-02 10:56 585 2326
巴万高速通江至万源段今年建成 巴中至成都动车11日恢复开行
推荐 2020-04-02 10:56 240 9163
NBA巨星帮美国,反遭美网友炮轰,38000中国网友却点赞
推荐 2020-04-02 10:56 899 4099
虚虚实实?在勇士锁定三人后,当地记者为其造势,基本就是二选一
推荐 2020-04-02 10:56 186 1618
民航局:首批30余万份、300吨“健康包”将送往意大利等12个国家
推荐 2020-04-02 10:56 350 9518
中英双语 “北京远程健康服务平台”上线
推荐 2020-04-02 10:56 455 9515
广南“精准式”服务获老干部点赞
推荐 2020-04-02 10:56 893 1688
景良东:黄金震荡回撤待非农,原油中线入短线看!
推荐 2020-04-02 10:56 639 3188
杜兰特游戏能力获得肯定,被认为是NBA球员中2K20技术最好的球员
推荐 2020-04-02 10:56 479 8189
我国海外留学人员总人数160万 目前约142万人尚在国外
推荐 2020-04-02 10:56 951 2931
富宁田蓬全力打击整治跨境赌博
推荐 2020-04-02 10:56 402 3121
文山州“三强化”加强矛盾纠纷源头防控
推荐 2020-04-02 10:56 240 5663
有点乱?汉堡主席扬森和汉堡三队续约,本赛季已贡献 19 球
推荐 2020-04-02 10:56 948 9066
会泽森警全力绷紧防火“安全弦”
推荐 2020-04-02 10:56 169 4190
文山市政协机关尽锐出击脱贫摘帽总攻战
推荐 2020-04-02 10:56 594 5116
隐瞒8年,陈乔恩说出当初被霍建华抛弃的原因,网友:太现实了
推荐 2020-04-02 10:56 143 8866
九州天空城2:雪景空黑化暴走,瞬间惊动九州
推荐 2020-04-02 10:56 545 8482
德宏州晒出“红白榜”成绩单
推荐 2020-04-02 10:56 187 972
张柏芝与儿子逛街,十指相扣春风满面,网友:幸亏跟了母亲!
推荐 2020-04-02 10:56 336 7860
德宏州4个贫困县(市)纪委书记被约谈
推荐 2020-04-02 10:56 513 4358
《爱情公寓》中的奇葩造型,张伟占了一半,看到曾小贤笑出鹅叫!
推荐 2020-04-02 10:56 477 8948