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可重写光子芯片使用相变材料

2024-01-09 10:21:36  来源:激光网原创    

西雅图华盛顿大学开发的直接写入和可重写光子芯片技术使用低损耗相变材料薄膜,无需额外的制造工艺即可一步直接激光写入完整的端到端 PIC,并且电路的任何部分都可以擦除和重写,从而实现快速设计修改。

该团队已将该技术用于用于可重构网络的光互连结构、用于光计算的光子交叉阵列和用于光信号处理的可调谐光滤波器。

将直接激光写入技术的可编程性与 PCM 相结合,为可编程光子网络、计算和信号处理提供了机会。它还以方便且具有成本效益的方式提供快速原型制作和测试,并消除了对纳米加工设施的需求。

光子芯片是利用 PCM 在两种非易失性相之间的显着折射率对比度创建的,它们可以使用来自商业的光脉冲进行可逆切换,使用商业海德堡 DWL 66+ 激光写入系统,工作波长为 405nm 和 27.5mW。

光子电路被写在标准氧化硅衬底上,该衬底涂覆有200纳米厚的SiO2层,该SiO2层覆盖在330纳米Si3N4膜上的30纳米Sb2Se3层。SiO2覆盖层保护并防止Sb2Se3层的氧化。

在Sb2Se3薄膜中以晶相为高折射率磁芯,以非晶相为包层,形成波导。这种二元相位配置可以在 Si3N4 底层的辅助下,将基本横向电光学模式限制在 cSb2Se3 波导内。

激光器形成的一系列矩形aSb2Se3结构具有1 μm至200 nm不等的宽度,最小可实现的特征尺寸为300 nm,明显小于其他系统。

该团队使用该技术构建波导、光栅、环形谐振器、耦合器、交叉和干涉仪,以构建光子芯片。

直接写入光子芯片也是可重写的,可以方便地部分或全部擦除和重新创建电路,从而完全改变其功能以适应非常不同的应用。

通过以较低的速度扫描激光束,降低15 mW的激光功率,实现局部擦除,在所需区域诱导从非晶态Sb2Se3相变回结晶Sb2Se3,从而可以对PIC设计进行修改和校正。或者,可以通过将整个基板加热到180°C以上来实现全局擦除,从而促进整个PCM薄膜的完全相变。

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