美國(guó)大學(xué)聯(lián)合研究新型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) 對(duì)未來(lái)PIC發(fā)展意義重大

  Iccsz訊 眾所周知，在給定的材料中，不同波長(zhǎng)的光的傳播速度是不一樣的，為了實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)間的轉(zhuǎn)換，需要使它們具備相同的動(dòng)量或相位。來(lái)自美國(guó)哈佛大學(xué)的研究人員針對(duì)該問(wèn)題表示：“開發(fā)集成光子電路最大的挑戰(zhàn)之一就是控制光的動(dòng)量。”

  在很多設(shè)備中，設(shè)計(jì)人員已經(jīng)在集成電路的多個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行動(dòng)量匹配或相位匹配，研究團(tuán)隊(duì)提出一個(gè)問(wèn)題：如果在某些情況下相位匹配過(guò)程可以被抵消，那該怎么辦?

  哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究人員與紐約哥倫比亞大學(xué)Fu基金工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的合作者共同開發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)，能夠在不進(jìn)行相位匹配的情況下實(shí)現(xiàn)將一種波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為另一種波長(zhǎng)，該項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)雜志上。

圖為新型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)示意圖

  單一波長(zhǎng)

  研究人員MarkoLon?ar教授評(píng)論說(shuō)：“任何波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換過(guò)程都必須足夠高效，必須精心設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)相位匹配，而且只能在單一波長(zhǎng)下工作。 相比之下，我們的工作不需要滿足相位匹配的要求，并且可以在廣泛的顏色范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。”

  新的轉(zhuǎn)換器依賴于集成在鈮酸鋰波導(dǎo)中、由硅納米結(jié)構(gòu)陣列組成的轉(zhuǎn)換表面。 光線通過(guò)波導(dǎo)，沿途與納米結(jié)構(gòu)相互作用，納米結(jié)構(gòu)陣列就像一個(gè)電視天線，能夠接收光信號(hào)，操縱其動(dòng)量并將其重新發(fā)回波導(dǎo)。

  研究人員Cheng Wang表示：“不同于大多數(shù)的表面——光線在垂直于表面的方向上變化，這我們的結(jié)構(gòu)中，光與變形表面相互作用，同時(shí)被限制在波導(dǎo)內(nèi)。通過(guò)這種方式，我們既利用了轉(zhuǎn)換表面對(duì)動(dòng)量的控制，又利用了波導(dǎo)長(zhǎng)時(shí)間的相互作用距離?！?

  雙波長(zhǎng)

  研究人員已經(jīng)證明，他們可以實(shí)現(xiàn)倍頻，如將近紅外波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換成紅色的光，且能在寬帶寬內(nèi)高效率工作。在之前的研究工作中，研究小組已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了用相似的結(jié)構(gòu)來(lái)控制和轉(zhuǎn)換導(dǎo)波的極化模式。

  哥倫比亞大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)助理教授Nanfang Yu表示：“該集成的轉(zhuǎn)換面與其他相位匹配機(jī)制不同，它提供了一個(gè)單向的光學(xué)動(dòng)量，將光能從一個(gè)顏色分量耦合到另一個(gè)顏色分量，同時(shí)抑制了逆過(guò)程，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)寬帶非線性轉(zhuǎn)換是至關(guān)重要的。下一步工作計(jì)劃是展示基于轉(zhuǎn)換平面的寬帶集成光子器件，用于實(shí)現(xiàn)光學(xué)調(diào)制等其他功能。”

  項(xiàng)目資助

  該研究由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金，美國(guó)空軍和美國(guó)國(guó)防先期研究計(jì)劃局共同資助。