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澳大利亚研究人员开发芯片级布里渊器件

发布:HPLSElaser    |    2017-08-10 09:29    阅读:233
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澳大利亚研究人员已经开发出在硅片上集成高布里渊增益硫族化物玻璃的方法,并使用该方法制造出紧凑型芯片级布里渊器件,其中包括“第一台布里渊激光器平面集成电路的演示设备”。研究人员认为,这些研究工作能够充分利用受激布里渊散射(SBS)的优点,SBS被称为“已知最强的光学非线性特性之一”,能够应用于光电子振荡器、微波光子滤波器和紧凑型光学陀螺仪等全集成器件中。


主要研究人员Blair Morrison(左)和Alvaro Casas-Bedoya(右)以及CUDOS团队开发的集成硅-三硫化砷芯片。图片来源:澳大利亚纳米科学与技术研究所(AINST)

降低非线性损耗

SBS涉及高强度激光与物质的相互作用,而高强度激光将产生声学振动进而产生散射。虽然这种现象可能使长距离光纤通信产生许多问题,但它也发掘了通信应用的巨大潜能,因为它为微波应用提供了强大的非线性增益的可能性。然而,如何将这些器件有效地集成到CMOS兼容平台是一个巨大的难题,因为硅片中的SBS器件在电信波长范围内会产生巨大的非线性损耗。

为了解决这些问题,由澳大利亚悉尼大学光学系统超高带宽设备中心(CUDOS)的美国光学学会会士Ben Eggleton领导的研究团队一直在探索将硅与硫族化物玻璃集成在一起的混合工艺。将硫或硒等硫族元素与砷或磷之类的网状结构元素组合在一起的这些玻璃能够提供非常高的布里渊增益,并能够降低在光通信波长范围内的非线性损耗。CUDOS团队公布了一种将硫族化物光电路集成到硅片上,并能进行光子集成批量生产的方法。

将三硫化砷集成在硅片上

为了开发该集成系统,CUDOS主要研究者、OSA会员Blair Morrison和Alvaro Casas-Bedoya在比利时微电子中心(IMEC)的研究代工厂制造了一个硅晶圆。该团队将硅晶圆带回澳大利亚国立大学的激光物理中心,并将一层非结晶的三硫化砷沉积在晶片上0.1mm×4mm的开放硅区域。利用电子束蚀刻和电感耦合等离子体刻蚀方法将三硫化砷玻璃层定型为纳米线波导,即芯片的活性SBS部分,再用线性锥形硅波导将其连接到芯片的基极硅部分。

利用该技术,该团队制造了几个器件,包括一个硅片上的混合电路、一个三硫化砷螺旋波导和一个具有微型平面三硫化砷环形谐振器的芯片。在一系列的探针实验中,研究人员发现,螺旋波导器件实现了“布里渊扩散幅度呈级数增长”。通过将激光源精确调谐到三硫化砷玻璃的布里渊偏移环形谐振器,研究团队在芯片上搭设出了布里渊激光器。

可扩展集成方法

Casas-Bedoya指出,将硫族化物玻璃与CMOS制造相结合,保持了“硅和玻璃的关键优势”,并制造出“功能高效的超紧凑光电电路”。CUDOS主管Eggleton认为,创建一个与现有CMOS工艺“更兼容”的平台使得扩展集成“高级应用所需的检测器和调制器等主动和无源组件”成为可能。

团队的研究人员来自澳大利亚悉尼大学、堪培拉国立大学、皇家墨尔本理工大学超高带宽设备中心和澳大利亚纳米科学与技术研究所。

来源: https://www.osa-opn.org/home/newsroom/2017/july/brillouin_devices_at_chip_scale/

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