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探索创造光子集成电路

2019-08-18 16:38 来源:未知 热度: 0 /
探索创造光子集成电路

电子集成电路向更快、更节能、更无干涉光学电路的转变是光子技术发展的重要目标之一。光子集成电路(PICs)今天已经用于在光网络和通信系统中传输和处理信号,包括,例如集成半导体激光器、调制器和光放大器的光信号和微芯片的I/O多路复用器。然而,今天的图像大多与电子电路结合使用,而纯光子器件还没有竞争力。创建PICs的挑战之一是制造各种设备(波导耦合器、功率分压器、放大器、调制器、激光器和单片机上的探测器)的复杂性,因为它们需要不同的材料。在现有的PICs中使用的主要材料是半导体(磷酸铟、砷化镓、硅)、电光晶体(铌酸锂)以及各种类型的玻璃。

 

博科园-科学科普:为了提高光纤光通量控制的速度,研究人员正在寻找具有高光学非线性的新材料。在有前途的材料中,人们可以特别命名基于新发现材料石墨烯(一层一原子厚的碳原子层)的微波波导。在石墨烯中,电荷载流子浓度可以通过光学泵浦或施加偏压来有效控制。根据UNN通用物理系负责人Mikhail Bakunov所说:最近的理论和实验工作显示了石墨烯中载流子浓度变化超快(涉及几个光场周期的时间)的可能性,这为操纵由石墨烯表面定向的光波振幅和频率(等离子体激元)打开了可能性。

图所示:(a)表面等离子体元沿石墨烯片传播的示意图,(b)石墨烯载流子密度的时间依赖性,(c)载流子密度降低时初始等离子体元频率变换的色散图。图片: Lobachevsky University

发展物理模型来描述非平稳石墨烯中的电磁过程具有重要的现实意义。这引起了研究者们越来越多的兴趣。米哈伊尔?巴库诺夫(Mikhail Bakunov)表示:2018年的一项研究结果是,许多论文预测,通过改变石墨烯中的载流子浓度,有可能增强(增加能量)等离子体激元,这对于制造新设备无疑具有吸引力。联合国大学普通物理系副教授阿列克谢?马斯洛夫表示:我们的研究旨在开发集成微芯片中超快光子控制的物理原理,换句话说,就是提高微电子和纳米电子中使用的微电路和微芯片的性能。

 

UNN普通物理系的研究人员开发出了一种理论,当石墨烯中的电子浓度随时间变化时,传播在石墨烯表面(一层一原子厚的碳原子层)上的光波发生转换。与以往的研究相比,电子与光场的相互作用得到了精确的考虑。这项研究的结果之一是排除了先前预测通过改变电子浓度来放大光波的可能性。因此,UNN的科学家们对非平稳微波波导中波的动力学有了新认识,从而促进了PICs的发展,研究结果发表在《Optica》上。

 

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