光电|在美国国防高级研究计划局的支持下，美国罗切斯特大学实现最小的电光调制器，在光电芯片小型化方面取得突破性进展

美国罗切斯特大学电子与计算机工程教授Qiang Lin所牵头实验室利用二氧化硅层上粘结的铌酸锂（LN）薄膜—一种被光电研究人员广泛采用的材料，创造了迄今为止最小、且高速运行和高效节能的电光调制器。电光调制器是基于光电学的芯片的关键部件，控制着光如何穿过其电路，在数据通信、微波光子学和量子光子学方面有着广泛的应用。研究成果发表在《自然-通讯》杂志。

电光调制器结构示意图

需求背景

与使用电力的传统电路相比，使用光代替电力进行计算和信号处理的光子集成电路有望实现更高的速度、更高的带宽和更高的能源效率。但它们还没有小到足以在计算和其他应用中与电竞争，电路在这些应用中继续占据统治地位。研究人员认为此次进展在光代替电方面迈出重要一步。

面临挑战

Lin说：由于其出色的电光和非线性光学特性，铌酸锂“已经成为光电学研发的主力材料体系，然而目前的铌酸光电器件，无论是在块状晶体还是薄膜平台上制作，都需要很大的尺寸，而且尺寸难以缩小，这限制了调制效率、能耗和电路集成度。一个主要的挑战在于如何制造高质量、高精度的纳米光电结构。”

技术基础

该调制器项目建立在实验室之前使用铌酸锂创造光电纳米腔的基础上，是光电芯片的另一个关键部件。这种纳米腔只有大约一微米大小，在室温下只需使用两到三个光子就可以调整波长。Lin说。“这是我们第一次知道在室温下甚至可以用这种方式操纵两到三个光子。”该研究成果发表在《》。该调制器可与纳米腔结合使用，在纳米尺度上创建光子芯片。

意义

Lin实验室研究生、主要作者 Li表示，这“为实现大规模的铌酸锂光电集成电路铺垫了重要基础，对数据通信、微波光电学和量子光电学的广泛应用具有无比重要的意义。”

资金支持

该项目得到了美国国家科学基金会（NSF）、国防威胁降低局（DTRA）和国防高级研究计划局（DARPA）的资金支持；该器件的制造由康奈尔纳米级设施完成。

信息来源

Li, Ling, Yang He, Usman A. Javid, Xue, Qiang Lin. - -optic . , 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/-020-17950-7