Wafer-scale Graphene Electro-absorption Modulators Fabricated in a 300mm CMOS Platform
本研究在300mm CMOS试验代工厂环境中实现了单层石墨烯电吸收调制器的晶圆级集成，通过优化工艺，在数百个器件上实现了50 ± 4 dB/mm的调制深度和最高15.1 ± 1.8 GHz的电光带宽，解决了石墨烯晶圆级集成的瓶颈，并支持低成本大批量制造。
2023-03-28 physics.app-ph physics.optics
314-GBaud Single-Wavelength Signaling Generated All-Electronically by a 158-GHz Digital-Band-Interleaved DAC
本文利用158-GHz数字频带交织DAC全电子生成314-GBaud PS 8-ASK信号，驱动薄膜铌酸锂调制器实现超300 GBaud单波长奈奎斯特传输，无需光学均衡。
2025-04-21 eess.SP physics.optics
Gigahertz-Frequency, Acousto-Optic Phase Modulation of Visible Light in a CMOS-Fabricated Photonic Circuit
本研究在量产CMOS代工厂200mm晶圆上制造出高效可见光千兆赫兹声光调制器，通过优化光机械相互作用实现高调制深度，较现有技术显著降低驱动功率与Vₙ，为可扩展量子控制系统提供关键器件。
2025-02-11 physics.optics
Cryogenic operation of silicon photonic modulators based on DC Kerr effect
光子集成电路在低温下的可靠运行将为新兴的计算平台提供新的能力，例如量子技术和低功耗低温计算。绝缘体上硅平台由于其优异的可制造性、CMOS兼容性和高元件密度而成为开发大规模光子集成电路的非常有前途的方法。然而，在低温下在硅中进行快速、高效和低损耗的调制仍然是一个突出的挑战，特别是在不添加外来非线性光学材料的情况下。在本文中，我们展示了基于直流克尔效应的调制在5 K的温度下，在GHz的速度，在硅光子器件内制造的CMOS工艺。这项工作开辟了道路的集成DC克尔调制器在大规模光子集成电路的新兴低温经典和量子计算的应用。
2020-07-04 physics.app-ph physics.optics
CMOS compatible athermal silicon microring resonators
硅光子学有望缓解现代计算系统的带宽瓶颈。但是硅光子器件的基本问题是由于硅的高热光（TO）系数而对环境温度波动高度敏感。迄今为止提出的克服这个问题的大多数方法要么需要显著的功耗，要么采用不兼容CMOS的材料。在这里，我们展示了一类新的光学器件，这是被动的温度补偿的基础上定制的硅波导中的光模式限制。我们展示了硅光子谐振器在大于80度的非常宽的温度范围内的操作。这项工作背后的基本原理可以扩展到其他光子结构，如调制器，路由器，交换机和滤波器。
2009-12-04 physics.optics
CMOS-fabricated ultraviolet light modulators using low-loss alumina piezo-optomechanical photonic circuits
针对现有光子平台紫外损耗高、有源氧化铝PIC热光调谐存在速度与密度等局限，研究提出基于氧化铝波导和氮化铝致动器的CMOS压电光机械PIC平台，实现了320nm波段高性能可重构滤波器。
2025-05-21 physics.app-ph physics.optics quant-ph
A compact scalable phase modulator with zero static power consumption for visible integrated photonics
针对可见光调制器速度慢或体积大的问题，提出基于铟锡氧化物电荷积累效应的CMOS兼容紧凑型相位调制器，实现零静态功耗下带宽与效率的大幅提升及尺寸缩减。
2024-12-17 physics.app-ph physics.optics
Deposited low temperature silicon GHz modulator
大多数硅光子器件是建立在绝缘体上硅（SOI）晶片上，而大多数电子器件，包括CPU和存储器，是建立在体硅晶片上，限制了硅光子器件的广泛接受。这种差异是由于硅光子学需要单晶硅（c-Si）层和厚的下包层用于体硅晶片不能提供的光学引导。虽然下包层问题可以通过衬底去除技术部分解决，但是光子学与最先进的晶体管的共集成的复杂性以及电子器件和光子学之间的不动产竞争仍然是个问题。我们在这里展示了一个平台，用于沉积GHz硅光子学的基础上，多晶硅具有高光学质量，适用于高性能电光器件。我们展示了3 Gbps的多晶硅电光调制器上沉积的多晶硅层完全兼容CMOS后端集成制造。这些结果为硅光子学开辟了一系列可能性，包括DRAM和柔性衬底上的光子学。
2013-06-04 physics.optics
Electronic-Photonic Interface for Multiuser Optical Wireless Communication
该研究展示了用于多用户光无线通信的电子-光子接口，通过多光束光学相控阵和单片集成调制器实现高速并行传输，并首次完成系统级演示。
2025-10-15 physics.optics
LNoS: Lithium Niobate on Silicon Spatial Light Modulator
本文提出并演示了基于CMOS集成的硅上铌酸锂（LNoS）空间光调制器架构，利用铌酸锂薄膜与光子晶体导模共振实现百万像素级孔径和GHz级高速电光调制，为突破现有SLM速度限制提供了可扩展方案。
2024-02-22 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Photonic crystal cavity IQ modulators in thin-film lithium niobate for coherent communications
针对TFLN平台IQ调制器尺寸大、不可级联的问题，提出基于双PhC腔的法布里-珀罗增强迈克尔逊干涉仪结构，实现GHz带宽、CMOS兼容电压下的可级联幅度与相位调制，支持密集集成与高信息密度收发器。
2023-12-27 physics.app-ph physics.optics
Nanophotonic Pockels modulators on a silicon nitride platform
氮化硅（SiN）正在成为CMOS兼容集成光子学的竞争平台。然而，诸如调制器之类的有源器件是稀缺的，并且在性能上仍然缺乏。理想地，这种调制器应该具有高带宽、良好的调制效率、低损耗，并且覆盖宽的波长范围。在这里，我们展示了第一电光调制器的基础上铁电锆钛酸铅（PZT）薄膜的SiN，在O-和C-波段。显示了无偏置工作、超过33 GHz的带宽和40 Gbps的数据速率，以及低传播损耗（$α\approx 1$ dB/cm）。测量到$V_πL\approx$ 3.2 Vcm。模拟表明，低于2 Vcm的值是可实现的。这种方法提供了一个备受期待的路线，以高性能的相位调制器的SiN。
2018-06-13 physics.app-ph physics.optics
Interleaved Electro-Optic Dual Comb Generation to Expand Bandwidth and Scan Rate for Molecular Spectroscopy and Dynamics Studies near 1.6 μm
提出了一种基于电光相位调制器（EOM）的啁啾脉冲交织方法，用于在自由运转的全光纤系统中产生双光学频率梳。讨论了容易地修改线性啁啾率和梳状分辨率超过三个数量级，并显着增加光谱带宽覆盖的方法。该技术的灵活性，以捕捉复杂的线条形状，并放大快速通行效应的光谱和分子动力学研究的CO2。这些方法非常适合于应用领域的遥感，反应动力学，并在整个广泛的光谱区域访问EOM的亚多普勒研究。
2021-06-21 physics.chem-ph physics.optics
Hybrid electrostatic-piezo MEMS photonic integrated modulators
The MITRE Corporation（MITRE公司）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学光学科学学院）；Electrical, Computer, and Energy Engineering, University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校电气、计算机和能源工程学院）
本文提出了一种结合压电和静电调节力的MEMS光子调制器，实现了高速光调制和低功耗的高精度机械共振调节，为大规模可编程PICs在高速光学开关和传感领域提供了新方案。
2025-12-13 physics.optics
An Ultra-compact Nanophotonic Optical Modulator using Multi-State Topological Optimization
光调制器是光子电路的重要组成部分。在这里，我们设计、制造和表征了硅中的纳米光子全光调制器（NOM），其比任何先前的硅调制器小一个数量级，并且表现出比替代品大一个数量级的消光比和可操作光谱。模拟结果表明，在中心波长为1.55 μ m，带宽为10 nm的情况下，器件的消光比约为9.5dB，对应的单位长度消光比约为3.2dB/μm。我们的器件与标准互补金属氧化物半导体（CMOS）制造工艺完全兼容。该器件是使用多态拓扑优化设计的光子器件的一个例子，并将导致一类新的超紧凑和多功能有源集成硅器件。
2017-11-19 physics.app-ph physics.optics
Broadband on-chip optical non-reciprocity using phase modulators
打破光子集成电路（PIC）中光传播的互易性-特别是在CMOS兼容的绝缘体上硅平台中-是一个激烈的研究课题。然而，光隔离器和环行器的单片集成的实际解决方案仍然难以捉摸。在这里，我们提出并分析了一种新的非互易光子架构与标准单模波导（或光纤）。我们的设计利用级联相位调制器分离的光延迟线和适当的时移波形驱动。因为它是基于完全平衡的干涉仪，不涉及谐振结构，我们的计划也本质上是宽带的。使用现实的参数，我们计算出的消光比优于20 dB和插入损耗低于-3 dB。
2014-05-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Design and analysis of high electron mobility transistor (HEMT) inspired III-V electro-optic modulator topologies
与CMOS硅晶体管相比，基于III-V异质结构的高电子迁移率晶体管（HEMT）由于异质结构界面处的2D电子气（2DEG）沟道中的高迁移率而提供优异的性能。基于氮化镓（GAN）的HEMT也适用于高功率和高温应用。GAN具有跨越非线性光学、压电微电子机械系统（MEMS）和单片微波集成电路（MMIC）领域的丰富材料特性。在本文中，我们提出了HEMT启发的III-V电光调制器拓扑结构，可能优于硅光子调制器。我们分析了电吸收和电折射的2DEG与光的相互作用，并提出了一个设计框架，选择性地利用所需的调制机制。我们的分析表明，在HEMT类结构中的电折射调制的调制指数与硅光子调制器相当，尽管具有高得多的电子迁移率，从而具有高得多的调制速率。
2019-12-23 physics.app-ph physics.optics
100 GHz Micrometer compact broadband Monolithic ITO Mach Zehnder Interferometer Modulator enabling 3500 times higher Packing Density
电光调制器在光收发器中提供关键功能，并且越来越多地在用于机器学习和信号处理的光子可编程专用集成电路（ASIC）中提供关键功能。然而，铸造就绪的基于硅的调制器和利用锂酸盐的基于常规材料的装置两者在同时提供高芯片封装密度和快速度方面都有不足。电流驱动的基于ITO的调制器具有通过有效的光物质相互作用实现两者的潜力。在这里，我们介绍微米紧凑型马赫曾德尔干涉仪（MZI）的调制器能够超过100 GHz的开关速率。在光子波导上集成ITO薄膜，光谱宽带，紧凑型MZI移相器。值得注意的是，这允许在相同的芯片面积内集成超过3500个这些调制器作为仅一个单个硅MZI调制器。本文介绍的调制器设计具有基于光子、电子和RF的整体优化，并包括非对称MZI调谐步骤，以优化消光比（ER）与插入损耗（IL）和电介质厚度扫描，从而平衡ER和速度之间的权衡。在CMOS兼容偏置电压电平的驱动下，该器件是第一款满足机器智能革命中下一代调制器对处理器的需求，以及边缘和云计算需求以及光收发器等需求的器件。
2022-03-24 physics.app-ph physics.optics
Subvolt high-speed free-space modulator with electro-optic metasurface
School of Engineering, The University of Tokyo（东京大学工学院）
本文提出基于硅-有机混合超材料的亚伏特高速自由空间光调制器，通过高Q准束缚态在连续体实现高效调制，实现50 Mbps和1.6 Gbps的数据传输。
2025-03-23 physics.app-ph physics.optics
0.52 V-mm ITO-based Mach-Zehnder Modulator in Silicon Photonics
电光调制器将电子信号转换到光域，并且是现代电信网络、RF光子学以及量子光子学和光束转向中的新兴应用中的关键组件。所有这些应用都需要集成式高电压效率调制器解决方案，这些解决方案具有紧凑的外形，可与硅光子平台无缝集成，并具有近CMOS材料处理协同效应。然而，现有的集成调制器面临满足这些要求的挑战。相反，新兴的电光材料与Si光子异质集成为器件工程开辟了新的途径。铟锡氧化物（ITO）是一种用于在Si中异质集成的引人注目的材料，其表现出强大的电光效应，其特征在于在电信频率下的单位阶指数。在这里，我们克服了这些限制，并展示了基于马赫曾德尔干涉仪（MZI）的单片集成ITO电光调制器，其特征在于高性能半波电压和有源器件长度乘积VpL = 0.52 V-mm。单位强折射率变化如何使30微米短的π移相器在远离ε承载的折射率主导区域中操作ITO，零ENZ点。该器件通过实验证实了ITO中的电相移，使其能够用于多方面的应用，包括密集的片上通信网络、光子神经网络中激活函数的非线性以及LiDAR的相控阵应用。
2018-08-16 physics.app-ph physics.optics
Compact Modeling and Rapid Simulation of Silicon Photonic Micro-Disk and Ring Modulators
本文提出首个基于实验测量和Verilog-A解析信号耦合实值微分方程的微盘调制器紧凑模型，实现7倍瞬态仿真加速并提高精度，可通用建模微环谐振器并支持热光调谐与波长稳定协同仿真。
2023-11-23 cs.SY eess.SY physics.optics
Low-Power consumption Franz-Keldysh effect plasmonic modulator
本文报道了一种基于硅基锗Franz-Keldysh效应的低能耗CMOS兼容等离子体激元调制器。我们进行了集成的电光模拟，以优化调制器的主要特性。在工作波长为1647 $nm$、偏置电压为3 $V$的情况下，30 $μm$长的调制器的消光比为3.3 $dB$.估计能耗低至20 $fJ/bit$。
2022-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Triply-resonant coupled-cavity electro-optic modulators for on-chip RF photonic systems
我们提出了一种三倍频谐振电光调制器架构，它使用同时谐振增强的RF驱动信号，光泵，和所产生的光边带的调制效率最大化。光泵和边带的光学增强是使用两个耦合的光学谐振器的谐振超模来实现的，并且RF增强是使用可以使用CMOS技术实现的由光学谐振器的电容和电感器形成的LC电路来实现的。在所提出的配置中，光子寿命确定RF响应的带宽，但不是其中心频率，其由两个谐振器之间的耦合强度设置，并且不受传统单模谐振调制器固有的光子寿命约束。这使得能够在高RF载波频率下进行有效操作，而不会降低通常与光子寿命极限相关联的效率。提出了两种调制器的光学配置：在两个超模中具有相等Q因子的“基本”配置，最适合于窄带RF信号，以及具有独立定制的两个超模的Q因子的“一般化”配置，这使得可以在不牺牲光泵浦的谐振增强的情况下加宽RF带宽，并且支付与这样做相关联的调制效率的惩罚。另外，通过LC谐振匹配从RF信号增强预期调制效率的显著增益。这导致调制器紧凑、高效并且能够在高RF载波频率下调制。所提出的调制器架构优化了器件与三个信号中的每一个以及它们之间的相互作用，可以应用于任何调制器腔体设计或调制机制，并有望实现复杂的RF光子芯片系统。
2019-01-01 physics.app-ph physics.optics
Integrated Electro-Optic Absorption Modulator for Silicon Nitride Platform
本文首次在氮化硅波导上实现基于ITO的高速电光调制器，展示5.7 dB插入损耗和约1 GHz带宽，工艺与CMOS兼容，为氮化硅光子计算平台开辟了新路径。
2024-12-30 physics.app-ph physics.optics
Piezoelectrically actuated high-speed spatial light modulator for visible to near-infrared wavelengths
本文提出一种在200 mm硅晶圆上用CMOS兼容工艺制造的压电驱动氮化硅谐振波导光栅空间光调制器，4×4阵列在约780 nm实现>100 MHz速度与>20 dB消光。
2024-10-24 physics.app-ph physics.optics
Piezo-optomechanical cantilever modulators for VLSI visible photonics
可见光波段超大规模集成（VLSI）光子电路在量子信息和传感技术中具有重要的应用前景。可扩展、高速和低损耗的光子网状电路的实现依赖于可靠和精心设计的可见光光子器件。在这里，我们报告了一个低压光学移相器的基础上，压电驱动机械的杠杆，CMOS兼容，200毫米晶圆为基础的可见光光子学平台上制造。我们显示了线性相位和幅度调制与6 V $_π$ -厘米差分工作，-1.5 dB至-2 dB的插入损耗，并高达40 dB的对比度在700 nm - 780 nm的范围。通过调整选定的悬臂梁参数，我们展示了一个低位移和高位移的设备，都表现出一个几乎平坦的频率响应，从直流到峰值机械共振分别在23 MHz和6.8 MHz，通过谐振增强Q~40，进一步降低工作电压下降到0.15 V $_π$ -cm。
2022-01-28 physics.app-ph physics.optics
Highly Uniform Thermally Undercut Silicon Photonic Devices in a 300 mm CMOS Foundry Process
本文在300 mm CMOS代工线开发晶圆级热底切工艺，通过移除波导下方衬底增强热隔离，显著提升微盘调制器和MZI相移器调谐效率，并验证全晶圆均匀性与高良率。
2025-06-06 physics.app-ph physics.optics
Heterogeneous back-end-of-line integration of thin-film lithium niobate on active silicon photonics for single-chip optical transceivers
本研究通过异质后端工艺集成薄层 lithium niobate 与活性硅光子学，实现单芯片高带宽、低功耗的光学收发器集成。
2025-12-08 physics.optics
Mid-IR Light Modulators Enabled by Dynamically Tunable Ultra High-Q Silicon Membrane Metasurfaces
本文提出动态可调的单晶硅膜超表面中红外调制器，实现高达3000的Q因子，并支持电热与全光两种高速调制方案。
2025-09-27 physics.optics
A Silicon Nitride Microring Based High-Speed, Tuning-Efficient, Electro-Refractive Modulator
绝缘体上硅（SOI）平台的使用对于实现CMOS兼容的高性能光子集成电路（PIC）来说非常重要。但近年来，SiN-on-SiO2（SiN-on-SiO2 $_2$）平台作为SOI平台的替代方案，用于实现高性能PIC，引起了越来越多的关注。这是因为其优于SOI平台的几个有益特性，例如低光学损耗、高热光稳定性、更宽的波长透明度范围以及对制造工艺变化的高耐受性。然而，基于SiN-on-SiO $_2$的有源器件（例如调制器）是稀缺的并且缺乏期望的性能，这是由于SiN材料中不存在基于自由载流子的活性以及将其它活性材料与SiN-on-SiO $_2$平台集成的复杂性。这一缺点阻碍了SiN-on-SiO $_2$平台实现有源PIC。为了解决这个问题，我们在这篇文章中展示了一个基于SiN-on-SiO $_2$微谐振器（MRR）的有源调制器。我们所设计的MRR调制器采用氧化铟锡（ITO）-SiN-ITO薄膜叠层，其中ITO薄膜充当SiN MRR的上下包层。ITO-SiN-ITO薄膜叠层利用ITO膜中的自由载流子辅助的高振幅折射率变化来实现器件中的大的电折射光学调制。基于静电、瞬态和时域有限差分（FDTD）模拟，使用光子学制造商验证的工具进行，我们表明，我们的调制器实现了280 pm/V的谐振调制效率，67.8 GHz的3 dB调制带宽，$\sim$ 19 nm的自由光谱范围（FSR），$\sim$…
2022-12-13 physics.app-ph physics.optics
Readout of Superconducting Nanowire Single Photon Detectors through Forward Biased Optical Modulators
在低温（0.1-4 K）和室温环境之间的可扩展的高速数据传输在包括量子计算、超导电子学、单光子成像和天基通信在内的广泛领域中是有用的。克服传统有线读出的局限性的一种有希望的方法是使用光纤通信。光纤的热负荷比传统电线低100-1，000倍，放宽了对热锚定的要求，并且还不受电磁干扰的影响，这使得敏感信号的路由具有更好的噪声和串扰鲁棒性。最重要的是，光纤通过同一物理光纤（波分复用，WDM）承载多个信号，允许非常高的带宽密度（在Tbps/mm $^2$范围内）。在这里，我们首次展示了直接耦合到CMOS光子调制器的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的光学读出，而不需要接口设备。通过在3.6 K的温度下以正向偏压方式操作调制器，我们实现了非常高的调制效率（1000- 10，000 pm/V）和500 $Ω$的低输入阻抗以及40 $μ$ W的低功耗。这使我们能够获得光调制的低，由SNSPD产生的毫伏级信号。光通信正在成为现代室温高性能系统中的首选I/O解决方案，这项工作证明了其适用于可扩展的低温读出，这有助于实现超导技术的全部潜力。
2020-01-29 physics.app-ph physics.optics
Electrically-driven Acousto-optics and Broadband Non-reciprocity in Silicon Photonics
基于光子和声子之间可定制的相互作用的新兴技术承诺了从高保真微波信号处理到非互易光学和量子态控制的新能力。虽然已经在各种物理系统中研究了这种光-声耦合，但许多实现依赖于非标准材料和制造方案，这些非标准材料和制造方案难以与标准集成光子电路共同实现。值得注意的是，尽管在集成电光调制器方面取得了重大进展，但相关的声光调制器概念在硅光子学中仍然相对未被探索。在这篇文章中，我们演示了直接声光调制硅波导内使用电驱动表面声波（SAW）。通过将SAW换能器集成在具有标准绝缘体上硅光子平台的压电AlN中，我们利用硅的强弹光效应来调解线性光-声耦合。通过光刻设计，声光相位和单边带幅度调制器在1-5 GHz的范围内制造，表现出与现有的电光技术相媲美的折射率调制强度。将这种行波声光相互作用扩展到厘米级，我们在硅中创建了电驱动的非互易调制器。非互易工作带宽>100 GHz，插入损耗<0.6 dB。基于这些结果，我们表明，一个强大的声光隔离器所必需的单位效率的非互易调制，是触手可及的。声光调制器设计与CMOS制造和现有的硅光子器件技术兼容。这些结果代表了一种有前途的新方法，实现紧凑和可扩展的声光调制器，移频器，和非磁性光隔离器和环行器的集成光子电路。
2020-04-02 physics.app-ph physics.optics
Wideband, Efficient AlScN-Si Acousto-Optic Modulator in a Commercially Available Silicon Photonics Process
该研究在商用硅光子代工工艺上实现了基于AlScN的宽带高效声光调制器，达到112 MHz带宽内-18.3 dB效率，品质因数较现有CMOS兼容方案提升约一个数量级，为低成本集成声光信号处理铺平道路。
2024-02-02 physics.app-ph physics.optics
Ultrafast Coherent Dynamics of Microring Modulators
本研究深入分析了微环调制器的相干动力学，通过将其嵌入马赫-曾德尔干涉仪实现双稳态相位响应，设计出超紧凑I/Q调制器，实现超1Tb/s速率与超低能耗传输。
2024-12-23 physics.app-ph physics.optics
Analysis of Trade-offs in RF Photonic Links based on Multi-Bias Tuning of Silicon Photonic Ring-Assisted Mach Zehnder Modulators
硅基光子集成电路（PIC）的最新进展为模拟电路设计者探索光子学与CMOS IC的混合集成开辟了新的途径。传统上，光电系统是使用分立光学器件和电子器件设计的。硅光子（SiP）平台提供了以紧凑的芯片级形状因子实现这些系统的机会，并缓解了光电子学中长期存在的挑战。在这项工作中，我们分析了多偏置调谐环辅助马赫曾德尔调制器（RAMZM）和使用RAMZM实现的模拟RF光子链路中产生的权衡。环和Mach-Zehnder臂中的多偏置调谐允许在链路噪声系数和线性度之间进行明智的权衡。我们得出的性能指标，包括增益，噪声系数，线性度指标与调谐多个偏置设置在RAMZM为基础的链接，并提出了由此产生的设计优化。与MZM相比，当RAMZM被线性化时，SFDR的$^{\frac{2}{3}}$提高了18 dB/Hz。我们还为RAMZM提出了一种偏置方案，该方案的斜率效率提高了6倍，或相当于MZM（单驱动）的功率增益提高了15.56 dB，同时仍提供与MZM相似的SFDR性能（$\sim$ 109 dB/Hz $^{\frac{2}{3}}$）。此外，提出并研究了一种提高光电二极管饱和受限链路增益的方法。
2021-09-27 cs.IT eess.SP math.IT
A Silicon Nitride Microring Modulator for High-Performance Photonic Integrated Circuits
针对SiN-on-SiO₂平台缺乏高性能有源调制器的问题，本文提出采用ITO-SiO₂-ITO堆叠作为上包层的SiN微环调制器，通过仿真验证其具备高效率、宽带宽、低损耗等优异性能，推动该平台有源PIC的发展。
2023-06-12 cs.ET physics.app-ph physics.optics
Scalable Liquid-Crystal Integrated Silicon Nitride Photonic Circuits for Reconfigurable Quantum Interference
Korea Institute of Science and Technology (KIST)（韩国科学技术院）；Korea University（高丽大学）；Seoul National University of Science and Technology（首尔科学技术大学）；Kyung Hee University（庆熙大学）
本文提出了一种基于液晶的相位调制器，实现了高可见度的量子干涉，展示了硅氮化物平台在量子光子电路中的可扩展性和能效。
2026-05-08 physics.optics quant-ph
Resonant multi-harmonic acousto-optics for programmable frequency control of visible light in a CMOS platform
University of Arizona（亚利桑那大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Manzano Systems Inc.（马纳佐系统公司）
本文在CMOS平台氮化硅声光微结构中利用双谐波谐振实现可见光可编程频移，效率达50%，并具高边带抑制，克服了谐振增强与可编程性的权衡。
2026-09-23 physics.optics quant-ph
High Performance Graphene Integrated Photonics Platform Enabled by Gold-assisted Transfer
本文通过金辅助转移技术构建高性能石墨烯集成光子学平台，实现高效热光调制器、高速电吸收调制器及马赫-曾德尔调制器，性能优于现有技术并具备CMOS兼容性。
2024-03-17 physics.app-ph physics.optics
400-Gbps/$λ$ Ultrafast Silicon Microring Modulator for Scalable Optical Compute Interconnects
针对硅微环调制器带宽与调制效率的权衡问题，研究人员提出重掺杂沟槽集成结构的晶圆级硅MRM，实现400 Gbps/λ的超高带宽和亚fJ/bit能效，为AI计算网络的下一代光互连提供可扩展方案。
2025-09-01 physics.app-ph physics.optics
DC-to-GHz Modulation In Microring Modulators Using Ferroelectric Nematic Liquid Crystal-on-Silicon in a Foundry Photonic Process
University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Dream Photonics Inc.（梦光子有限公司）；Polaris Electro-Optics（波利斯光电）；Quantum Matter Institute, University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学量子物质研究所）
本研究提出了一种无极化、与CMOS兼容的硅-有机混合微环调制器平台，利用铁电向列型液晶实现7.8 GHz的电光带宽和高效率。
2026-02-23 physics.app-ph physics.optics
High-Linearity PAM-4 Silicon Micro-ring Transmitter Architecture with Electronic-Photonic Hybrid DAC
本文提出了一种由三段微环调制器和CMOS驱动器组成的高线性度PAM-4发射器架构，通过独立驱动各相移区扩展可调波长范围并优化输出线性度，为高性能低功耗光发射机提供可能。
2024-04-14 eess.SP physics.optics
Epsilon-Near-Zero Al-Doped ZnO for Ultrafast Switching at Telecom Wavelengths: Outpacing the Traditional Amplitude-Bandwidth Trade-Off
透明导电氧化物由于其低的光学损耗、类金属行为、多功能/可定制的光学性质和既定的制造工艺，最近作为用于纳米光子学的CMOS兼容材料获得了极大的关注。特别是，铝掺杂氧化锌（AZO）是非常有吸引力的，因为它的介电常数可以在近红外和红外的宽范围内设计。然而，尽管有所有这些有益的特征，这些化合物典型的慢（> 100 ps）电子-空穴复合时间仍然代表阻碍超快光学调制的基本限制。报道了第一种ε-近零AZO薄膜，它在1.3 μm远距离波长下，在很低的泵浦能量密度（< 4 mJ/cm ~ 2）下，同时表现出超快的载流子动力学（激发和复合时间低于1 ps）和高达40%的反射率调制。所展示的AZO薄膜的独特性质是低温制造过程促进氧空位和超高载流子浓度的结果。作为概念验证，数值模拟了一种基于AZO的全光等离子体激元调制器，实现了7.5 μm波长的3dB调制，工作在THz频率。我们的研究结果克服了传统的“调制深度与速度”的权衡至少一个数量级，AZO是最有前途的化合物之一，可调/可切换的纳米光子学。
2015-03-26 physics.optics
Parallel convolution processing using an integrated photonic tensor core
随着超高速移动网络和互联网连接设备的激增，以及人工智能的兴起，世界正在产生呈指数级增长的数据量-需要以快速，高效和智能的方式处理的数据。这些发展正在推动现有计算模式的极限，高度并行化，快速和可扩展的硬件概念正变得越来越重要。在这里，我们展示了一个计算特定的集成光子张量核心-ASIC的光学模拟，能够以每秒万亿次乘累加（TMAC/s）的速度运行。光子核心利用相变存储器阵列和基于光子芯片的光学频率梳（孤子微梳）实现并行光子存储器内计算。计算减少到测量可重构和非谐振无源元件的光传输，并且可以在超过14 GHz的带宽下工作，仅受调制器和光电探测器的速度限制。考虑到最近在微波线速率下孤子微梳混合集成、超低损耗氮化硅波导和高速片上检测器和调制器方面的进展，我们的方法提供了一条实现光子张量核心的全CMOS晶圆级集成的途径。虽然我们专注于卷积处理，但我们的研究结果更普遍地表明，集成光子学在要求苛刻的人工智能应用（如自动驾驶，实时视频处理和下一代云计算服务）中具有并行，快速和高效计算硬件的主要潜力。
2020-10-12 cond-mat.dis-nn cs.ET physics.optics
Silicon rich nitride-lithium niobate on insulator platform for photonics integrated circuits
提出SRN-LNOI混合集成平台，实现低损耗波导、多类无源器件及120 GBaud无数字补偿的LNOI马赫-曾德尔调制器。
2021-05-13 physics.app-ph physics.optics
Scaling Up Silicon Photonic-based Accelerators: Challenges and Opportunities
最新一代CMOS工艺中的数字加速器支持乘法和累加（MAC）操作，其能量效率跨越10至100 fJ/Ops。但是这种MAC操作的操作速度通常限于几百MHz。当今基于SOI的硅光子集成电路平台上的光学或光电MAC操作可以以数十GHz的速度实现，从而实现更低的延迟和更高的吞吐量。本文研究了基于Mach-Zehnder调制器和微带谐振器的集成硅光子MAC电路的能量效率。我们描述的能量效率和缩放限制的界限，为NxN光网络与当今的技术，基于光和电链路的预算。我们还描述了可以克服当前限制的研究方向。
2022-02-27 cs.ET physics.optics
A high-speed heterogeneous lithium tantalate silicon photonics platform
本文首次在不改动标准硅光子PDK的前提下将钽酸锂集成于硅光子芯片，实现3.5 V半波电压、2.9 dB插入损耗和逾70 GHz带宽。
2025-03-14 physics.app-ph physics.optics
Heterogeneous integration of amorphous silicon carbide on thin film lithium niobate
本文提出利用低温ICPCVD沉积非晶碳化硅并与薄膜铌酸锂异质集成，通过标准CMOS兼容工艺制造出高品质因数波导和环形谐振器，为未来快速电光调制与非线性光子电路提供了可扩展的集成方案。
2024-07-12 physics.app-ph physics.optics
Monolithic piezoelectric control of soliton microcombs
高速激光频率驱动在所有采用激光器和频率梳的应用中是至关重要的，并且是锁相、频率稳定和多个光载波之间的稳定性传递的先决条件。孤子微梳已成为芯片级、宽带、低功耗的频率梳源，但目前依赖于热加热器驱动的集成微梳的驱动带宽仅为千赫兹。因此，高速致动和锁定的微梳已经实现了只有与芯片外体调制器。在这里，我们提出了高速微梳驱动使用集成组件。通过在超低损耗Si3N4光子电路上单片集成压电AlN驱动器，我们实现了电压控制孤子的调谐、调制和稳定。集成的AlN致动器具有双向调谐功能，具有高线性度和低滞后，工作功率为300 nW，在高达兆赫的频率下表现出平坦的致动响应，大大超过了大体积压电调谐带宽。我们使用这种新的能力，以展示一个并行FMCW激光雷达的微梳引擎，通过同步调谐激光器和微谐振器。通过以与HBAR模式的频率间隔匹配的调制速率应用三角扫描，我们利用体声波能量的谐振积累来显著降低所需的驱动到仅7伏的CMOS电压。我们的方法赋予孤子微梳集成，超低功耗，快速驱动，显着扩大了技术应用的剧目。
2020-01-28 physics.app-ph physics.optics
Lithium tantalate electro-optical photonic integrated circuits for high volume manufacturing
提出面向低成本规模制造的 LiTaO3 光子集成平台，结合 DUV、DLC 硬掩模与碱性湿法刻蚀，实现低损耗器件、高速调制及 30.1 GHz 孤子微梳。
2023-07-11 physics.app-ph physics.optics
Hybrid Barium Titanate Waveguide Designs For Efficient Nonlinear Frequency Conversion
Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF（弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所）；Institute of Applied Physics, Abbe Center of Photonics, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学阿贝光子学中心应用物理研究所）；Max Planck School of Photonics（马克斯·普朗克光子学校）
本文提出了一种基于线性-非线性混合波导的BaTiO₃-TiO₂设计，通过增强非线性模式重叠提升二次谐波生成效率，为集成量子光子学提供高效率的CMOS兼容设备。
2026-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetic-Free Silicon Nitride Integrated Optical Isolator
集成光子学使得能够使用光子集成电路（PIC）进行信号合成、调制和转换。已经开发了许多材料，其中氮化硅（Si $_3$ N $_4$）已经成为特别是用于非线性光子学的领先平台。低损耗Si $_3$ N $_4$ PIC已广泛用于频率梳产生、窄线宽激光器、微波光子学、光子计算网络，甚至表面电极离子阱。然而，在Si $_3$ N $_4$集成光子学的所有已展示功能中，尚未实现光学非互易装置，例如隔离器和循环器。传统上，它们是基于磁光材料在外部磁场下的法拉第效应来实现的。然而，集成不与CMOS兼容并且需要庞大的外部磁体的磁光材料一直具有挑战性。在这里，我们展示了一个无磁光隔离器的基础上氮化铝（AlN）压电调制器单片集成在超低损耗硅$_3$ N $_4$ PIC。透射互易性通过Si $_3$ N $_4$微谐振器与三个AlN体声波谐振器的时空调制被打破，所述三个AlN体声波谐振器用旋转相位驱动。这种设计产生了一种有效的旋转声波，允许在一对强耦合的光学模式之间仅在一个方向上进行间接带间跃迁。在施加到每个致动器的100 mW RF功率下实现最大10 dB隔离，最小插入损耗为0.1 dB。隔离度在近30 dB的光输入功率动态范围内保持恒定，表现出出色的光学线性。我们的集成、线性、无磁、电驱动光学隔离器可以成为集成激光器、芯片级LiDAR引擎以及超导电路光学接口的关键构建模块。
2021-05-03 physics.app-ph physics.optics
Efficient GHz electro-optical modulation with a nonlocal lithium niobate metasurface in the linear and nonlinear regime
本文提出绝缘体上LiNbO3高Q共振超表面，在约1 GHz带宽内实现线性反射率及连续波激光二次谐波的高效电光调制。
2024-12-04 physics.app-ph physics.optics
A single chip 1.024 Tb/s silicon photonics PAM4 receiver
本文提出并展示了一款单芯片 32 通道硅光子 WDM PAM4 接收机，通过协同集成自主波长锁定与超低功耗电检测系统，在 1.024 Tb/s 速率下实现了创纪录的能效与带宽密度，适用于 AI 高速光互连。
2025-07-16 cs.SY eess.SY physics.optics
