在芯片上编程灯

来自哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员开发出一种新的集成光子学平台,可以在集成电路中存储光和电控制其频率(或颜色)。

该平台从原子系统中汲取灵感,可以广泛应用,包括光子量子信息处理,光信号处理和微波光子学。

“这是第一次使用微波将光频率以可编程的方式转移到芯片上,”SEAS应用物理学博士后Mian Zhang说,现任哈佛大学创业公司HyperLight Corporation的首席执行官,该论文的第一作者。“许多量子光子和经典光学应用都需要光频率的转换,这很难。我们表明,我们不仅可以以可控的方式改变频率,而且利用这种新的能力,我们还可以按需存储和检索光,以前是不可能的。“

该研究发表在Nature Photonics上。

微波信号在无线通信中无处不在,但研究人员认为它们与光子的相互作用太弱。那是在由Tiantsai Lin电气工程教授Marko Loncar领导的SEAS研究人员开发出一种使用铌酸锂(一种具有强大电光特性的材料)制造高性能光学微结构的技术之前。

Loncar和他的团队之前证明,他们可以通过铌酸锂纳米波导传播光线,并且片内铌酸锂调制器具有非常小的损耗和控制光强度。在最新的研究中,他们结合并进一步开发了这些技术,以构建类似分子的系统,并使用这个新平台精确控制芯片上光的频率和相位。

“铌酸锂的独特性质,具有低光学损耗和强大的电光非线性,使我们能够在可编程电光系统中动态控制光线,”该论文的共同第一作者,现任助理教授王成说。在香港城市大学。“这可能会导致光学和微波信号处理的可编程滤波器的发展,并将在射电天文学,雷达技术等领域得到应用。”

接下来,研究人员的目标是使用相同的架构开发更低损耗的光波导和微波电路,以实现更高的效率,并最终实现微波和光子之间的量子联系。

“微波和光学光子的能量相差五个数量级,但我们的系统可能以几乎100%的效率,一次一个光子来弥补这一差距,”该论文的高级作者Loncar说。“这将实现量子云 - 通过安全光通信渠道连接的量子计算机的分布式网络。”