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将光线限制在3-D空间中

2020-12-5 07:51| 发布者: vantsing| 查看: 322| 评论: 0

摘要: 数据中心云互连服务,超宽带视频服务和5G移动服务等新兴服务刺激了光子集成电路(PIC)的快速发展,可以满足日益增长的Internet通信系统需求。 但是,今天的PIC在很大程度上被视为平面结构,能够在单个平面内引导光 ...

数据中心云互连服务,超宽带视频服务和5G移动服务等新兴服务刺激了光子集成电路(PIC)的快速发展,可以满足日益增长的Internet通信系统需求。

但是,今天的PIC在很大程度上被视为平面结构,能够在单个平面内引导光。这种平面性是由于传统的自上而下的制造工艺而产生的。

多光子光刻技术是一种新兴的有前途的3-D打印技术,与电子和光电子学中使用的常规无尘室制造方法中的3-D对象制造相比,它更易于制造3-D对象。

借助这种技术,由于实现了PIC的解锁功能,因此从上而下的曝光不再受限于PIC的实现。利用增材制造的概念,3-D多光子光刻技术涉及到在材料中的特定位置聚焦时使用飞秒光源引发双光子聚合。这项技术用于实现高分辨率的3-D光子结构。

新加坡科技设计大学(SUTD)的研究人员展示了高分辨率的3D波导,该波导突破了将光限制在单个平面中的限制。在《先进光学材料》上发表的论文中,光子学设备与系统事业部的高鸿伟博士,副教授谭黎明(Dawn Tan)及其同事展示了高分辨率的3-D波导,该波导以螺旋和气桥配置引导光(请参阅下方的SEM图片)。

a)     三维螺旋波导。

b)     悬浮空气桥波导管;插图显示输入和输出耦合部分。

c)     30Gb/s NRZ

d)     d56Gb/s PAM4三维印刷波导输出眼图。

除了这些新颖的器件,他们还展示了损耗极低的3-D波导耦合器,其光纤耦合损耗为1.6dB,超过60nm的带宽为3dB。这与当前的行业标准相反,当前的行业标准要求非常劳动密集型的包装,损耗约为1dB。研究团队证明,他们的损失很小,无需任何后处理或后加工包装。高分辨率制造还导致环形谐振器具有亚微米特征尺寸。

“人造光子器件是光子集成电路领域的一项创新进步。重要的是,我们还能够演示通过这些波导的无错30Gb/sNRZ56Gb/sPAM4数据传输。这很重要,因为这些高速度测试格式和速率与当今的商用直接检测收发器产品中使用的格式一致。”SUTD光电器件和系统部门负责人谭副研究员解释说。

该团队设法从光子器件中得出了NRZ(误码率[BER] = 10-12)的功率损耗仅为0.7dBPAM4BER = 10-6)的功率损耗仅为1.5 dB。这些结果成功地证明了通过3-D预制波导的高速,无错误的光学传输。这也展示了该设备作为低损耗波导和光学互连的适用性。

“重要的是,这些波导的3D质量使我们超越了传统平面结构的局限。通过这种方式,可以获得更高密度的PIC。高分辨率,亚微米特征尺寸也很有希望,特别是以实现先进的功能,例如光谱滤波,谐振器结构和超表面”,SUTD论文的第一作者,博士后研究员高博士说。

SUTD的合著者Low Hong Yee补充说:“这项工作展示了增材制造在高分辨率下制造具有卓越的3-D设计的先进光子器件的潜力。”

将来,实现高分辨率3-D光子结构的能力可能会在光子学方面(包括先进的光信号处理,成像技术和光谱系统)在形式和功能上产生更大的进步。


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