华盛顿大学研究团队发明了一种新的方法来打印和重写光子集成电路(微芯片)，这些复杂的微芯片有可能大幅降低成本，提高电子设备在广泛应用领域的速度和效率，包括汽车技术、通信、医疗保健、数据存储和人工智能计算。该研究以“Freeform direct-write and rewritable photonic integrated circuits in phase-change thin films”为题发表在《Science Advances》上。
具有快速原型设计和重新编程能力的光子集成电路(PIC)有望对大量光子技术产生革命性影响。研究报告了在低损耗相变材料(PCM)薄膜上直写和可重写的光子电路。完整的端到端PIC可在一个步骤中直接用激光写入，无需额外的制造工艺，而且电路的任何部分都可以擦除和重写，便于快速修改设计。
图 1.由华盛顿大学电气与计算机工程和物理学教授Mo Li领导的一个研究小组发明了一种新的方法来打印和重新配置光子集成电路(微芯片)，使用的是一种快速、低成本的设备，大小与传统的台式激光打印机差不多。这种装置可以使学生和研究人员避免昂贵的纳米制造设施，几乎在任何地方生产光子集成电路。这项技术也有可能在工业上应用。
研究展示了这一技术在各种应用中的多功能性，包括用于可重构网络的光互连结构、用于光计算的光子横杆阵列以及用于光信号处理的可调谐光滤波器。通过将激光直写技术的可编程性与PCM相结合，该技术为可编程光子网络、计算和信号处理带来了机遇。此外，可重写光子电路还能以方便、经济的方式实现快速原型开发和测试，无需纳米制造设备，从而促进光子学研究和教育向更广阔的领域推广。
图 2. 直写和可重写相变光子集成电路。
图 3. 直写光子元件及其特征。
图 4. 可编程光子开关阵列和横杆阵列。
图 5. 分步形成光学滤波器的光谱响应。
提高性能，打造商用设备
该团队开发的方法已被证明有效，但它仍然是一个早期阶段的概念。不过，研究人员正在计划制造一种用于光子集成电路的台式激光打印机。这种打印机可以合理价格出售，并广泛分销给世界各地的研究实验室和教育机构。研究团队还在与行业领导者接触，以促进这一新技术在可编程光子芯片和可重构光网络中的可能应用。
这种用于光子芯片的激光打印机将使用一个分级系统，以比传统桌面打印机更精确的方式移动基板。该团队在制作原型机时，将设法优化其性能。他们还将通过对材料科学和激光写入技术的进一步研究，努力减少所使用相变材料的光学损耗。这将使打印机能够打印出比目前更精细、更复杂的电路。
