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研究闡釋集成光頻率梳的可擴(kuò)展制造
照片顯示的是數(shù)以百計(jì)的半導(dǎo)體激光器和氮化硅微諧振器。圖片來(lái)源：加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校/Chao Xiang課題組
近日，在《科學(xué)》上發(fā)表的一篇文章中，瑞士洛桑理工學(xué)院（EPFL）和加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校（UCSB）的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室，首次展示了超低損耗氮化硅光子集成電路（在EPFL制造）和半導(dǎo)體激光器（在UCSB制造）通過(guò)片級(jí)CMOS技術(shù)的異質(zhì)集成。
光學(xué)頻率梳由等距激光線構(gòu)成的光頻率組成。研究人員已經(jīng)革新了頻率計(jì)量、定時(shí)和光譜學(xué)領(lǐng)域。在過(guò)去的十年里，EPFL教授Tobias Kippenberg實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了孤子微梳，使得頻率梳能夠在芯片上產(chǎn)生。在這個(gè)方案中，單頻激光被轉(zhuǎn)換成超短脈沖稱為耗散克爾孤子。
孤子微梳是一種結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、帶寬寬的芯片級(jí)頻率梳。結(jié)合大間距的梳狀“齒”，微梳適合廣泛應(yīng)用于系外行星搜索和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的天文光譜儀校準(zhǔn)、光學(xué)原子鐘、絕對(duì)頻率合成和并行相干激光雷達(dá)等。
然而，一個(gè)突出的挑戰(zhàn)是激光源的集成。雖然微梳是在芯片上通過(guò)參數(shù)頻率轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的，但泵浦激光器通常是芯片外的，體積很大。如何將微梳和激光器集成在同一個(gè)芯片上，一直是一個(gè)突出的挑戰(zhàn)。
該新方法主要是基于硅和磷化銦在氮化硅襯底上的多片鍵合。在磷化硅和磷化銦層上制備了分布反饋（DFB）激光器。DFB激光器的單頻輸出被傳送到下面的氮化硅微諧振器，DFB激光器在那里種子孤子微梳形成并產(chǎn)生數(shù)十條新的頻率線。
研究人員表示，這種晶圓規(guī)模的異質(zhì)過(guò)程可以從一個(gè)100毫米直徑的晶圓上生產(chǎn)出超過(guò)1000個(gè)芯片規(guī)模的孤子微梳器件，使其能夠用于商業(yè)水平的制造。每個(gè)裝置都是完全電控的。重要的是，生產(chǎn)水平可以進(jìn)一步擴(kuò)大到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的200或300毫米直徑的基材。
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https://doi.org/10.1126/science.abh2076關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話框：
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