斯坦福大学研制出新型芯片级激光隔离器

2022-12-06 10:39

激光发出的光会反射回激光器中，使之不稳定甚至失效，这一技术难题阻碍着激光进一步发挥作用。在现实中，这一问题是通过磁性抑制背向反射解决的。尽管工程师们一直希望激光有一天能够变革计算机电路，芯片级光隔离器却很难实现。

在这种背景下，近日斯坦福大学的研究人员表示，他们已经发明了一种简易、高效的芯片级光隔离器，能够嵌入一层比纸张薄数百倍的半导体材料中。

斯坦福大学电气工程系教授、该研究的资深作者Jelena Vuckovic说：“芯片级隔离是光子学领域的巨大挑战之一。”这一研究本月发表在《自然－光子学》杂志上。

Vuckovic实验室的博士生、该论文的共同第一作者Alexander White评论说：“每个激光器都需要一个隔离器，以阻止反向反射进入并破坏激光器的稳定性。该装置也可能影响下一代技术，如量子计算。”

小型和无源的优势

纳米级隔离器很有应用前景，原因包括：首先，这种隔离器是＂无源＂的。它不需要外部输入、复杂的电子器件或磁力，而这些技术挑战迄今已阻碍了芯片级激光器的进展。这些额外的机制导致设备对于集成光子学应用来说过于笨重，并可能造成电干扰，从而损害芯片上的其他组件；

另外，这种新型隔离器是由常见的的半导体基材料制成的，可以使用现有的半导体加工技术来制造，因而未来有可能更容易地进入大规模生产。

新型隔离器的形状类似环形，它由一种基于最常用的半导体硅的材料氮化硅制成。强烈的初激光束进入环内，光子开始以顺时针方向围绕环旋转。同时，反向反射的光束会以相反的方向被送回环内，以逆时针的方式旋转。

该研究的共同第一作者、电子工程博士研究生Geun Ho Ahn说：“我们输入的激光能量循环了很多次，这让我们可以在环内建立。这种不断增加的功率改变了较弱的光束，而较强的光束则不受影响。只有反射光，被有效地抵消了。” Vuckovic和团队已经建立了一个原型作为概念验证，并且能够将两个环形隔离器以级联的方式进行耦合，以实现更好的性能。

共同作者、Vuckovic实验室的博士后学者Kasper Van Gasse表示：“下一步计划包括研究不同频率的光的隔离器，以及在芯片规模上对组件进行更紧密的整合，以探索隔离器的其他用途并提高性能。”