A thulium-silicon hybrid microdisk laser
硅光子技术通过利用几十年来为集成硅电子器件开发的材料和先进制造方法，实现了紧凑，低功耗和成本效益的芯片上光学微系统。硅代工厂现在提供高性能光学电路所需的许多标准构建模块，包括光波导、滤波器和多路复用器等无源元件以及高速调制器、开关和光电探测器等有源光电元件。然而，由于硅是一种较差的发光材料，因此片上光源仍然是代工产品的重大挑战。目前的光源集成方法被认为是复杂的，需要不兼容和/或昂贵的材料和处理步骤。在这里，我们报告了一个超紧凑的硅光子激光器组成的铥-硅混合微盘谐振器。微盘的设计是简单的，并与所有硅光子铸造厂可用的制造步骤和器件尺寸兼容，而增益介质是在后端（最后一步），室温溅射沉积中添加的。这种方法允许低成本和大批量的晶圆级制造以及光源与硅无源和有源器件的共集成，而不需要对标准工艺流程进行调整。混合激光器在1.6 μ m左右的标准电信波长下泵浦，发射约1.9 μ m，这是一个新兴的光谱区域，对通信，非线性和量子光学以及硅上的传感非常感兴趣。
2021-04-21 physics.optics
Hybrid vertical-cavity laser with lateral emission into a silicon waveguide
我们实验证明了一个光泵III-V/Si垂直腔激光器与横向发射到硅波导。这种片上混合激光器包括分布式布拉格反射器、III-V有源层和高对比度光栅反射器，其同时将光汇集到与激光器集成的波导中。该激光器具有长波长垂直腔面发射激光器的优点，如低阈值和高边模抑制比，同时允许与硅光子电路集成，并使用CMOS兼容工艺制造。它具有超过100 Gbit/s的超高速操作的潜力，并具有一种新颖的横模控制机制。
2014-11-10 physics.optics
Multi-Channel Silicon-Organic Hybrid PICs for 200G/λ and 400G/λ PAM4 Transmission
NLM Photonics（NLM光子学）；Enosemi Inc（Enosemi公司）
本文展示基于低Vπ硅-有机混合调制器的多通道PIC，实现224G PAM4睁眼传输及面向3.2T-DR8的400G/λ能力。
2025-09-29 physics.optics
Design of a hybrid silicon-plasmonic co-propagant integrated coherent perfect absorber
通过等离子体激元和介质波导概念的混合集成，它表明，相干的完美吸收可以实现在共传播耦合器的几何形状。该设备有望用于经典和量子信号处理。首先，在更一般的2x2有损耦合器形式主义的上下文中详细描述所提出的设备的操作原理。然后，它示出了如何调整的设备在一个广泛的区域可能的工作点，其宽带操作，以及制造的不确定性的容忍度。最后，一个完整的图片内的混合结构的电磁模式进行了分析，发光的潜力，建议的设备持有鉴于其他应用，如非线性光学，偏振控制和传感。
2015-12-16 physics.optics
Hybrid Lithium Niobate and Silicon Photonic Waveguides
本文描述了一种近红外波段的锂/硅混合光波导平台。各种光路元件，如波导，弯曲，和耦合器被证明在两个混合截面，A和B，具有不同的LN限制因子（32%和90%，分别）的基本准TE模式。这样一个大的LN限制因子实现与绝热锥，保持基本准TE模式的对称性，并防止模式旋转。我们发现截面B中的平均传播损耗为4.3 dB/cm，标准偏差为2.1 dB/cm，与3 μ m SiO2包层（代替LN）Si波导的平均传播损耗为3.1 dB/cm，标准偏差为2.1 dB/cm相当。
2015-10-06 physics.optics
Bright Semiconductor Single-Photon Sources Pumped by Heterogeneously Integrated Micropillar lasers with Electrical Injections
新兴的混合集成量子光子学将不同功能组件的优点结合到单个芯片中，以满足量子信息处理的严格要求。尽管III-V族量子发射体与硅基光子电路和超导单光子探测器的混合集成取得了巨大进展，但通过小型化激光器实现量子发射体的片上光激发，以实现具有低功耗、小器件占地面积和优异相干特性的单光子源（SPS），是非常理想的，但仍是虚幻的。在这项工作中，我们提出了实现明亮的半导体单光子源异质集成与片上电注入微激光器。不同于以往的一对一的转印技术实现的混合量子点（QD）光子器件，多个确定性耦合的量子点-圆形布拉格光栅（CBG）SPS集成与电注入微柱激光器通过潜在的可扩展的转印过程中的宽场光致发光（PL）成像技术的辅助下，在同一时间。通过电注入微激光器的光泵浦，产生了具有3.8 M/s的计数率和25.44%的提取效率的高亮度的纯单光子。这样的高亮度是由于CBG的腔模式的增强，这是由2.5的Purcell因子证实的。我们的工作为推进混合集成量子光子学提供了一个强有力的工具，特别是促进了实现高度紧凑，节能和相干SPS的发展。
2023-02-03 physics.optics quant-ph
Compact Brillouin devices through hybrid integration on Silicon
利用受激布里渊散射已经证明了光学和微波信号处理的一系列独特能力。在可大规模制造的集成电路中利用布里渊散射的期望导致了对硅基材料平台的关注。硅基布里渊波导已经取得了显著的进展，但结果受到电信波长处存在的非线性损耗的阻碍。在这里，我们报告了一种新的方法来超越这个问题，通过集成的高布里渊增益材料，As2S3，到硅芯片上。我们制作了一个紧凑的螺旋设备，在硅电路，实现了一个数量级的改善布里渊放大。为了建立这种方法的灵活性，我们制造了一个环形谐振器，其自由光谱范围与布里渊频移精确匹配，从而首次在硅集成电路中演示布里渊激光。将有源光子器件与此处所示的SBS器件相结合，将能够创建具有增强功能的紧凑、可大规模制造的光路。
2017-02-17 physics.optics
High-coherence hybrid-integrated 780 nm source by self-injection-locked second-harmonic generation in a high-Q silicon-nitride resonator
本文通过自注入锁定1560 nm激光器至氮化硅谐振器，利用二阶非线性产生高相干780 nm光，实现4 Hz²/Hz低噪声，可推广至可见光波段。
2023-06-19 physics.optics
Broadband energy-efficient optical modulation by hybrid integration of silicon nanophotonics and organic electro-optic polymer
硅有机混合集成器件具有新兴的应用，从高速光学互连到光子电磁场传感器。电光聚合物填充硅缝隙光子晶体波导（PCWs）结合了PCWs的慢光效应和电光聚合物的高极化率，有望实现高性能的光调制器。提出了一种基于电光聚合物填充硅缝隙PCW的宽带、低功耗、低色散、紧凑型光调制器。在背栅电压的辅助下，调制响应可达50 GHz，3dB带宽为15 GHz，在10 Gbit/s时的能量消耗为94.4fJ/bit。此外，晶格移位的PCW被用于将光学带宽提高到基于非频带工程PCW和环形谐振器的其他调制器的约10倍。
2015-03-06 physics.optics
Terahertz All-Optical Modulation in a Silicon-Polymer Hybrid System
虽然千兆赫兹级的自由载流子调制器以前已经在硅中得到了证明，但由于硅的弱超快光学非线性，以太赫兹速度工作的强度调制器还没有报道。我们已经证明了在硅聚合物集成波导器件中光的强度调制，基于全光克尔效应-与四波混频中使用的超快效应相同。时域强度调制的直接测量是在10 GHz的速度。我们的实验表明，这种调制功能的超快机制，在光学频率通过光谱测量，并在超过1太赫兹的频率强度调制可以在这个设备中获得。通过将光学聚合物通过倏逝波耦合集成到高模限制硅波导，我们大大增加了交叉相位调制波导的有效非线性。高模式限制、多个集成光学元件和高非线性的组合产生了在与电信系统兼容的连续波功率水平下操作的全光学超快器件。尽管在消光方面远未达到商用射频光调制器标准，但这些器件是在硅中开发大规模集成超快光学逻辑的第一步，并且比先前报道的硅器件快两个数量级。
2006-06-28 physics.optics
Hybrid integrated mode-locked laser diodes with a silicon nitride extended cavity
集成半导体锁模激光器在许多应用中显示出前景，并且使用通用InP光子集成平台容易制造。然而，在这种平台中提供的无源波导具有相对高的线性和非线性损耗，这限制了这些激光器的性能。通过用例如外腔扩展这种激光器，可以显著提高性能。在本文中，我们首次证明了高性能锁模激光器可以实现与对接耦合集成技术，使用芯片级氮化硅波导。采用独立于平台的SiN/SU 8耦合器设计来耦合氮化硅外腔和III/V有源芯片。锁模激光器在2.18 GHz和15.5 GHz的重复率证明与洛伦兹RF线宽几个数量级小于已被证明在单片InP平台。对于2.18 GHz激光器，RF线宽为31 Hz。
2021-03-03 physics.optics
Hybrid graphene/silicon integrated optical isolators with photonic spin-orbit interaction
光隔离器是光子计算和通信中的重要组成部分。在传统光学中，隔离器是用磁光石榴石实现的。然而，由于材料生长的困难和庞大的器件占地面积，将这些材料结合在集成平台上仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一个超紧凑的集成隔离器，利用石墨烯的磁光性能的绝缘体上硅平台。光子非互易性的实现是因为石墨烯中经历不同光学自旋的回旋加速器对反向传播光表现出不同的响应。利用腔谐振效应，我们数值优化了器件的设计，它表现出良好的隔离性能，消光比超过45 dB，插入损耗约12 dB，在1.55 μ m附近的波长。具有石墨烯的CMOS兼容性和大幅减少的设备足迹，我们的建议揭示了非互易光子器件的单片集成。
2016-03-21 physics.optics
Sub-picosecond all-optical switching in a hybrid VO2:silicon waveguide at 1550 nm
在硅波导几何结构中实现超快全光开关是迈向集成平台的一个关键里程碑，该平台能够处理对更高速度和更高容量的信息传输日益增长的需求。由于硅中的电光效应和热光效应较弱，人们对混合结构产生了浓厚的兴趣，在混合结构中，可以通过将另一种材料集成到波导中来实现开关，包括相变材料二氧化钒（VO 2）。人们早就知道VO 2的相变可以由超快激光脉冲触发，并且泵浦激光能量密度是控制薄膜在800 nm附近的飞秒激光脉冲照射下的恢复时间的关键参数。然而，薄膜实验是不是一个先验的可靠的指南，使用VO 2的全光开关在芯片上的硅光子，因为在电信波段的VO 2的光学常数的变化很大，低插入损耗的要求，并在集成的光子系统中允许的开关能量的限制。在这里，我们报告的第一次测量表明，可逆的，超快的光致相变VO 2可以利用实现亚皮秒开关时，小VO 2体积集成在硅波导作为调制元件。高于阈值的开关能量为600 fJ/开关的数量级。这些结果表明，VO 2现在可以追求作为一个强有力的候选人的全光开关与亚皮秒开关时间。
2020-07-06 physics.optics
Polymer-based Hybrid Integrated Photonic Devices for Silicon On-chip Modulation and Board-level Optical Interconnects
信息流量的加速增长要求光接入网络系统的扩展，这需要降低光和光子组件的成本。低成本、易于制造和低光损耗聚合物的集成能力使它们在光子应用中具有吸引力。除了无源波导元件之外，由掺杂有有机非线性发色团的聚合物基质组成的电光（EO）聚合物已经实现了宽RF带宽和低功率光调制器。除了板级无源和有源光学元件外，通过将EO聚合物混合集成到硅平台上，还可以实现紧凑的片上调制器（100微米到几毫米）。本文综述了聚合物基光调制器和光互连的一些最新进展。提出了一种用于模拟光链路的高线性、宽带定向耦合器调制器和用于片上应用的紧凑、低功率硅/聚合物混合缝隙光子晶体波导调制器。最近，在柔性衬底上的电子和光子系统的具有成本效益的卷对卷制造已经引起了人们的兴趣。一个低成本的压印/喷墨印刷马赫-曾德尔调制器和板到板的光学互连使用微透镜集成45度镜耦合器兼容的卷到卷制造平台。
2014-03-01 physics.optics
Long-period suspended silicon Bragg grating filter for hybrid near- and mid-infrared operation
硅的大透明窗口，覆盖1.1 um-8 um波长范围，使其成为一个有前途的平台，用于实现基于光热的吸收光谱仪。这些器件通过使用近红外（NIR）波长间接感测中红外（MIR）中的吸收，从而使得能够实现MIR吸收光谱仪而无需MIR光电检测器。然而，由于其相对较大的折射率对比度和横截面，MIR Si条形波导在NIR波长处是多模的，阻碍了器件的实现。在这里，我们提出，第一次，一个集成的布拉格光栅波导滤波器的混合近红外和中红外操作。具体地，该滤波器在单蚀刻悬浮硅波纹波导中实现，对于大到0.5 μ m × 1.1 μ m的波导横截面，在NIR区域中具有有效的单模操作。同时，该波导在中红外区支持单模传输。我们展示了一个长周期波导布拉格光栅产生尖锐的三阶布拉格谐振的基本波导模式和辐射的高阶模式。实验上我们制作了一个带宽为4 nm、消光比为40 dB的陷波滤波器，其布拉格波长随温度的漂移为70 pm/K。
2016-10-16 physics.optics
High-performance Hybrid Lithium Niobate Electro-optic Modulators Integrated with Low-loss Silicon Nitride Waveguides on a Wafer-scale Silicon Photonics Platform
University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；LIGENTEC SA（LIGENTEC公司）
该研究在晶圆级硅光子平台上，通过异质集成将薄膜铌酸锂与低损耗氮化硅波导结合，制备出兼具高消光比、低插入损耗、超110 GHz带宽的高性能电光调制器，验证了可扩展制造的可行性。
2025-04-02 physics.app-ph physics.optics
Antenna-coupled silicon-organic hybrid integrated photonic crystal modulator for broadband electromagnetic wave detection
在这项工作中，我们设计，制造和表征一个紧凑的，宽带和高灵敏度的集成光子电磁场传感器的基础上的硅有机混合调制器驱动的蝴蝶结天线。有机聚合物的大电光（EO）系数、硅缝隙光子晶体波导（PCW）中的慢光效应以及蝴蝶结天线提供的宽带场增强都被组合以增强微波和光波的相互作用，从而实现高EO调制效率，从而实现高灵敏度。该调制器具有创纪录的器件内电光调制效率r33= 1230 pm/V。调制响应高达40 GHz，3 dB带宽为11 GHz。缝隙PCW的互作用长度为300 μ m，蝶形天线的面积小于1 cm 2。实验表明，该装置中的蝶形天线具有中心谐振频率为10 GHz的宽带特性，以及大波束宽度，能够从大范围的入射角检测电磁波。该传感器在8.4GHz处的最小可探测电磁功率密度为8.4mW/m2，对应于2.5V/m的最小可探测电场和0.000027V/m Hz^-1/2的超高灵敏度。据我们所知，这是第一个硅-有机混合器件，也是第一个用于电磁波光子探测的PCW器件。最后，我们提出了一些未来的工作，包括太赫兹波传感器的基础上天线耦合的电光聚合物填充等离子体缝隙波导，以及一个完全封装和尾门设备。
2015-03-06 physics.optics
Unidirectional output from a quantum-dot single-photon source hybrid integrated on silicon
我们报道了一种量子点单光子源（QD SPS）的混合集成在硅波导嵌入一个光子晶体镜，它反射光子，使有效的单向输出从波导。硅波导由亚波长光栅构成，以便即使在存在伴随混合集成工艺的堆叠未对准的情况下也保持高效率。在实验上，我们组装的混合光子结构的转移印刷，并展示了单光子产生的量子点和它的单向输出从波导。这些结果指出了一个有前途的方法，可扩展的集成SPS的硅量子光子学平台。
2021-08-10 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Hybrid Si-GaAs photonic crystal cavity for lasing and bistability
本文提出一种混合Si-GaAs光子晶体腔设计，通过3D FDTD仿真和混合模式工程化，在无需直接图案化GaAs的情况下实现腔模式限制，并展示了与量子点的强相互作用，实现低功率阈值激光和光学双稳态。
2023-02-06 physics.optics
A Polarization-insensitive and High-speed Electro-optic Switch Based on a Hybrid Silicon and Lithium Niobate Platform
我们提出并展示了一种偏振不敏感和高速光开关单元的硅和锂的混合集成平台的基础上。所提出的器件具有亚纳秒开关时间，4.97 V的低驱动电压，和低功耗，由于静电操作。测得的偏振相关损耗低于0.8 dB。所展示的光开关可以作为偏振不敏感和高速光矩阵开关的构建模块。
2019-05-07 physics.app-ph physics.optics
Hybrid Silicon Photonic-Lithium Niobate Electro-Optic Mach-Zehnder Modulator Beyond 100 GHz Bandwidth
电光调制是将射频（RF）波形压印在光载波上，是最重要的光子学功能之一，对于高带宽信号生成、光开关、波形整形、数据通信、超快测量、采样、定时和测距以及RF光子学至关重要。尽管硅（Si）光子电光调制器（EOM）可以使用与半导体工业兼容的晶片级技术来制造，但是这样的器件不超过约50 GHz的电3dB带宽，而许多应用需要更高的RF频率。块体铌酸锂（LN）和蚀刻LN调制器可以缩放到更高的带宽，但是没有与在过去十年中广泛采用的Si光子制造工艺集成。作为替代方案，示出了基于Si光子学的超高带宽Mach-Zehnder EOM，其使用常规光刻和晶片级制造制成，键合到未图案化的LN薄膜。这种混合LN-Si MZM实现了超过100 GHz的3 dB电带宽。我们的设计集成了硅光子光输入/输出和光学元件，包括定向耦合器，低半径弯曲和路径长度差段，在铸造硅光子工艺中实现。使用简单的低温（200 ℃）后端集成工艺在需要的地方结合邮票大小的LN片，并实现光路由进入和离开LN以利用其电光特性而不对LN膜进行任何蚀刻或图案化，这可能是先进的集成光电微芯片的广泛有用的策略。
2018-05-23 physics.optics
Analysis of the phase-locking dynamics of a III-V-on-silicon frequency comb laser
我们提出了一个电信混合III-V-硅上的被动锁模激光器与环形腔的相位动力学的详细表征。我们探讨了增益电流和饱和吸收体偏置电压的函数的操作的各种制度。我们使用步进外差测量来量化光谱啁啾和重建脉冲包络。有了这种技术，我们能够识别制度的近变换限制的操作，我们评估的梳状相位关系时，可饱和吸收体偏置电压的变化锁模的退化。最后，我们提出了一个初步的研究，在混合锁模操作的相位锁定和展示变换限制脉冲。
2020-10-20 physics.optics
Growth and optical properties of axial hybrid III-V/Si nanowires
具有集成发光段的混合硅纳米线可以显著地推进纳米电子学和纳米光子学。它们将在纳米级器件中结合传输和光学特性，该器件可以在基本的单电子和单光子状态下工作。III-V族材料，例如直接带隙砷化镓，是这种光学段的优秀候选材料。然而，在晶体生长过程中，由于晶格失配、不同的膨胀系数和反相边界的形成，将它们与硅连接是一个重大挑战。在这里，我们展示了一个集成砷化镓段的硅纳米线。我们精确地控制催化剂成分和表面化学，以获得无位错的界面。高光学质量的砷化镓与硅的集成通过短的磷化镓缓冲层实现。我们预计，这种混合硅/III-V纳米线为量子信息器件开辟了实用路线，其中例如电子和光子量子比特在III-V段中被操纵并存储在硅部分中。
2012-10-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Integrated Silicon Photonic Multichannel Optical Hybrid for Broadband Parallel Coherent Reception
Southeast University（东南大学）；Soochow University（苏州大学）；Purple Mountain Laboratories（紫金山实验室）；Tsinghua University（清华大学）
提出一种单片集成硅光子多通道90度光混频器，以无源波分复用和MZI滤波器实现34端口宽带并行相干接收，并实验验证高均匀性、低功耗与Tb/s级通信性能。
2025-09-30 physics.optics
Silicon-organic hybrid thermo-optic switch based on a slot waveguide directional coupler
我们提出并展示了一个被动偏置的2 × 2热光开关，具有高功率效率和快速的响应时间。该器件利用了槽波导模的高集中光场和双折射液晶（NLC）包层的强热光效应。NLC填充纳米槽区域，并由内部的亚波长光栅对准。测得的功耗和热时间常数分别为0.58 mW和11.8微秒，对应于6.8的品质因数。提出的硅-有机混合器件为设计具有低功耗和快速操作速度的热光致动器提供了一种新的解决方案。
2022-08-02 physics.app-ph physics.optics
Hybrid integrated semiconductor lasers with silicon nitride feedback circuits
混合集成半导体激光器源提供极窄的光谱线宽以及嵌入到集成光子电路中的兼容性，对于广泛的应用具有高度重要性。我们提出了一个概述，我们最近开发的混合集成二极管激光器的反馈，从低损耗氮化硅（Si3N4在SiO2）电路，提供子100赫兹的水平的本征线宽，高达120 nm的光谱覆盖范围约1.55 μ m波长，和输出功率超过100 mW。我们展示了双波长操作，双增益操作，激光频率梳的产生，目前的工作实现可见光混合集成二极管激光器。
2019-12-18 physics.app-ph physics.optics
Aluminum nitride integration on silicon nitride photonic circuits: a new hybrid approach towards on-chip nonlinear optics
氮化铝（AlN）由于其大的$χ^{(2)}$非线性而成为集成量子光子学的新兴材料。在这里，我们展示了氮化铝的氮化硅（SiN）光子芯片的混合集成。复合微环是通过在预图案化的SiN顶部上反应DC溅射c轴取向的AlN来制造的。这种新方法不需要AlN的任何图案化，并且仅依赖于可靠的SiN纳米织物。这大大简化了纳米纤维工艺。得到了该器件的品质因数、传输损耗和群折射率等光学特性。我们的混合谐振器可以有一个数量级的增加后，AlN集成的品质因数，与传播损耗下降到\SI{0.7}{dB/cm}。使用有限元模拟，在这些波导中的相位匹配进行了探讨。
2021-10-06 physics.app-ph physics.optics
Guided Mid-IR and Near-IR Light within a Hybrid Hyperbolic-Material/Silicon Waveguide Heterostructure
硅波导使近红外光信号在芯片上的大规模操纵和处理成为可能。然而，将导波的带宽扩展到其他频率将进一步增加硅作为光子平台的功能。通过集成附加架构的频率复用是解决该问题的一种方法，但是由于随着自由空间波长的缩放，在现有形状因子内设计和集成是具有挑战性的。在这里，我们证明了六方氮化硼（hBN）/硅混合波导可以使双波段操作在中红外（6.5-7.0微米）和电信（1.55微米）频率，分别。我们的设备是通过光刻免费转移hBN到硅波导上，保持近红外操作，而中红外波导的双曲声子极化激元（HPhPs）在hBN是由硅波导和周围的空气之间的折射率对比引起的，从而消除了对有害的hBN蚀刻的需要。我们验证的行为HPhP波导在直线和弯曲的轨迹，并验证其传播特性的分析波导理论框架内。这种方法是一种基于双曲介质与硅光子学相结合的可推广的方法，用于在片上光子系统中实现频率复用。
2020-06-12 physics.app-ph physics.optics
Hybrid silicon all-optical switching devices integrated with two-dimensional material
本研究提出并演示了结合硅纳米腔与二维材料二碲化钼的混合全光开关，利用二维材料中光生载流子调制折射率，实现数十皮秒级、低至几百飞焦耳的开关操作。
2024-03-27 physics.app-ph physics.optics
Design of on-chip plasmonic modulator with vanadium-dioxide in hybrid orthogonal junctions on Silicon-on-Insulator
我们提出了一种基于混合正交银结的等离子体激元调制器，使用二氧化钒作为绝缘体上硅上的调制材料。该调制器具有1.8μm x 1μm的超紧凑尺寸，具有基于正交几何结构的100 nm x 100 nm调制部分。我们利用二氧化钒在相变过程中折射率发生较大变化的特点，实现了46.89dB/μm的高调制深度。我们还提供了一个制造策略，为该器件的发展。该器件的几何结构在下一代光通信高频光子调制器的开发中具有潜在的应用，该光通信高频光子调制器需要纳米尺度的足迹、大的调制深度和小的插入损耗。
2020-12-03 physics.app-ph physics.optics
Hybrid integration of silicon photonics circuits and InP lasers by photonic wire bonding
III-V族光源与硅光子电路的有效耦合是集成光学的关键挑战之一。重要的要求是低耦合损耗，以及整个组件的小占地面积和高产量，以及使用自动化过程进行大规模生产的能力。在本文中，我们表明，光子引线键合解决了这些挑战，利用直写双光子光刻在光学芯片之间的三维自由形式的波导原位制造。在一系列概念验证实验中，我们将InP基水平腔面发射激光器（HCSEL）连接到无源硅光子电路，插入损耗降至0.4 dB。据我们所知，这是迄今为止已经证明的InP光源和硅光子芯片之间最有效的接口。我们的实验代表了将光子引线键合推进到混合光子多芯片组件的通用集成平台的关键一步，该集成平台将不同材料的已知良好管芯与高性能混合多芯片模块相结合。
2018-02-09 physics.app-ph physics.optics
Design Optimized CMOS Compatible Hybrid Silicon MIM Waveguide Cavity for Label Free Sensing
该研究数值设计并通过遗传算法优化了CMOS兼容的混合硅MIM波导腔生物传感器，实现高灵敏度与品质因数，可精确区分小折射率变化，适用于无标记生化及医学诊断。
2025-08-21 physics.ins-det physics.optics
Ultra-Low-Power Tuning in Hybrid Barium Titanate-Silicon Nitride Electro-Optic Devices on Silicon
作为集成电子学的光学模拟，集成光子学已经以光学互连的形式在数据中心中得到了广泛的应用。随着全球网络流量持续快速增长，此类电路的功耗成为关键考虑因素。光子集成电路中的电可调器件对总功率预算有很大贡献，因为它们传统上依赖于固有的功耗现象，例如等离子体色散效应或热光效应进行操作。在这里，我们展示了超低功率的折射率调谐的混合钛酸钡（BTO）-氮化硅（SiN）平台集成在硅上。我们利用大电场驱动的Pockels效应，实现调谐的铁电BTO薄膜的亚100 nm的厚度。外推功率消耗调谐自由频谱范围（FSR）在跑道谐振器设备仅为106 nW/FSR，几个数量级低于许多以前的报告。我们通过在20 °C的温度范围内补偿热致折射率变化以及使用我们的平台制造可调谐多谐振器光学滤波器来展示我们的混合BTO-SiN技术的技术潜力。我们的混合BTO-SiN技术大大推进了超低功耗集成光子器件领域，并允许实现下一代高效光子电路，用于通信、传感和计算等各种领域。
2019-11-26 physics.app-ph physics.optics
Design of nanobeam photonic crystal resonators for a silicon-on-lithium-niobate platform
我们设计了一个硅/铌酸锂混合材料系统的光子晶体谐振器。利用硅和锂酸盐之间的折射率对比，可以在键合在锂酸盐顶部上的硅薄膜中引导和限制光子共振。在光波长标度模体积下，可实现大于$10^6$的品质因数。我们表明，在这样的系统上图案化电极可以产生0.6 GHz/V（4 pm/V）的电光耦合率。
2016-04-19 physics.optics
Hybrid Nonlinear Effects in Photonic Integrated Circuits
本研究利用两种材料的混合光学非线性，在熔融石英包层氮化硅微谐振腔中实现了拉曼散射与Kerr频率梳的联合产生，为集成光子器件的多功能化与高效非线性电路提供了新途径。
2025-05-02 physics.optics
A hybrid silicon-sapphire cryogenic Fabry-Perot cavity using hydroxide catalysis bonding
第三代引力波探测器正在研制中，将在低温下操作探测器，以减少热噪声。硅和蓝宝石在低温下具有优异的力学性能和热性能，是很有希望的试验质量块和悬浮元件的候选材料。本文介绍了蓝宝石与硅之间氢氧化物催化键合的低温热循环性能和强度测试。结果表明，尽管这两种材料的热膨胀系数相差很大，但只要控制好表面平整度和硅表面热生长的$\mathrm{SiO_2}$氧化层，键合样品仍能经受从室温到5.5 K的热循环。在冷却循环之后，对于蓝宝石和具有190 nm硅氧化厚度的硅之间的键测得3.6 $\pm 0.6$ MPa的断裂强度。利用本实验室发展起来的键合技术，我们制作了一个混合型的硅基法布里-珀罗腔。测量结果表明，该腔可以经受反复的热循环，同时保持良好的精细度。
2018-12-18 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Design of a hybrid plasmonic electro-optical modulator based on n doped silicon and barium titanate
提出了一种混合等离子体激元调制器的数值解，该调制器具有六层结构，包括空气覆盖层、金层、钛酸钡层、n型硅层、金层和Al 2 O3纳米晶格衬底。关于建议的结构，在不同的厚度的相位和吸收调制的相关参数进行了研究。在这里，普克尔斯效应和自由载流子色散效应被同时考虑。该结构的色散方程的解析获得和数值求解的Nelder-Mead方法。最小π位移长度为6.91μm，最大品质因数为10.74。此外，根据我们的结果，可以理解，这种调制器具有很高的能力，可用于光通信系统。此外，它可以集成到微电子系统中，并且与CMOS工艺兼容。
2018-04-06 physics.app-ph physics.optics
Miniaturizing Color-Sensitive Photodetectors via Hybrid Nanoantennas towards Sub-micron Dimensions
数码相机传感器利用光电二极管上的滤色器来实现颜色选择性。由于滤色器和光敏硅层是独立的元件，因此这些传感器会受到光学串扰的影响，这对最小像素尺寸造成了限制。在本文中，我们报告了混合硅铝纳米结构的颜色过滤器和传感器之间的零距离的极限。这种设计基本上可以实现亚微米像素尺寸，并最小化源自倾斜照明的光学串扰。所设计的杂化硅铝纳米结构具有双重功能。最重要的是，它支持磁偶极子的混合Mie等离子体共振，以实现颜色选择性光吸收，产生电子空穴对。同时，硅-铝界面形成用于电荷分离和光电探测的肖特基势垒。这种设计可能会取代传统的染料基过滤器的相机传感器在超高像素密度与先进的功能，在传感偏振和方向性，以及紫外线的选择性通过带间等离子体的硅。
2022-06-07 physics.app-ph physics.optics
A silicon Brillouin laser
布里渊激光振荡器提供强大而灵活的动力学特性，是各种光学系统中锁模激光器、微波振荡器和光学陀螺仪的基础。然而，在传统的硅光子波导中，布里渊相互作用非常弱，抑制了硅基布里渊激光器的发展。最近出现的混合光子-声子波导揭示了布里渊相互作用是硅中最强和最可剪裁的非线性之一。在这里，我们利用这些工程非线性，以证明布里渊激光在硅。此外，我们表明，这种基于硅的布里渊激光器进入一个有趣的制度的动力学，其中光学自振荡产生声子线宽变窄。我们的研究结果提供了一个平台，以开发一系列的应用单片集成在硅光子电路。
2018-09-19 physics.optics
Experimental study of a tunable hybrid III-V-on-silicon laser for spectral characterization of fiber Bragg grating sensors
针对FBG传感器小型化低功耗解调需求，本文实验表征全封装C/L波段III-V族-硅混合可调谐激光器，并验证其用于FBG反射光谱采集及高速扫描改进的潜力。
2024-05-13 physics.optics
Hybrid Au-Si microspheres produced by laser ablation in liquid (LAL) for temperature-feedback optical nano-sensing and anti-counterfeit labeling
由不同成分组成的杂化纳米材料的最新进展允许改进用于光电子学、催化、医学诊断和传感的新型器件的性能和功能。然而，在单个混合纳米结构$via$中合理组合诸如贵金属和半导体的对比材料（即用型和无光刻的制造方法）仍然是一个长期的挑战。在这里，我们报告的两步合成的Au-Si微球产生的激光烧蚀的硅在异丙醇中，然后由激光照射产生的Si纳米粒子在HAuCl $_4$的存在下。[AuCl $_4$] $^-$物质热还原为金属金相，以及随后在激光照射下与硅混合，产生了具有独特组成和形态的纳米结构材料，其通过电子显微镜、断层扫描和元素分析揭示。在单个微球内组合诸如金和硅的基本等离子体和纳米光子材料允许有效的光热转换，以及具有温度反馈模态和扩展功能的单粒子SERS感测。此外，特征拉曼信号和热电子诱导的非线性光致发光共存的Au-Si杂化材料，以及通常批评的随机性的激光烧蚀制备的纳米材料在液体中，被证明是有用的实现基于物理不可克隆功能的方法的防伪标签。
2022-04-04 physics.optics
Hybrid integrated narrow linewidth laser with external distributed optical feedback from a silicon strip waveguide
Chongqing University（重庆大学）
本文提出一种集成方案，利用硅波导表面辐射收集弱波长依赖的分布式反馈信号，实验验证了1μm宽波导在激发和收集分布式光学反馈中的最优性能，实现了1.52kHz线宽、74.71dB边模抑制比和24.44Hz²/Hz频率噪声。
2026-01-26 physics.optics
110 GHz, 110 mW Hybrid Silicon-Lithium Niobate Mach-Zehnder Modulator
具有高光功率处理能力的高带宽、低电压电光调制器对于提高模拟光通信和RF光子链路的性能是重要的。在这里，我们设计并制作了一个薄膜的锂酸盐（LN）马赫-曾德尔调制器（MZM），它可以处理高的光功率为110 mW，而在1550 nm的3-dB带宽大于110 GHz。该设计不需要蚀刻薄膜LN，并且使用通过将LN键合到平坦化的硅光子波导电路而形成的混合光学模式。MZM中的高光功率处理能力通过仔细地使下面的Si波导逐渐变细以减少光学产生的载流子的影响而实现，同时保持高调制效率。MZM的$V_πL$乘积为3.1 V $.$ cm，片内光插入损耗为1.8 dB。
2022-10-26 physics.app-ph physics.optics
Hybrid Nanocone-Nanohole Light Trapping for High-Efficiency Thin-Film Silicon Solar Cells
Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程与技术大学）；Chittagong University of Engineering and Technology（吉大港工程与技术大学）
针对薄膜硅太阳能电池长波吸收弱的问题，提出混合纳米锥-纳米孔结构，通过渐变折射率与多重散射增强光捕获，实现24.42%效率，较纳米孔设计提升17.74%，且热稳定性优异。
2026-09-15 physics.app-ph physics.optics
Optical Waveguide-Pair Design for CMOS-Compatible Hybrid III-V-on-Silicon Quantum Dot Lasers
University College London（伦敦大学学院）；University of Lille（里尔大学）
本文提出了一种新型III-V-on-Silicon量子点激光器设计，通过优化220纳米厚硅波导实现与CMOS技术的兼容性，提升1.3微米激光器的能效与紧凑性。
2025-11-20 cond-mat.other physics.optics
Hybrid Integration of Quantum Cascade Lasers with Germanium-on-Silicon waveguides for Mid-Infrared Sensing Applications
本文提出将量子级联激光器条倒装焊到硅基锗波导上的无源对准混合集成方案，实现45%耦合效率和20-30 mW波导耦合功率，为中红外集成光子系统提供可扩展路径。
2025-07-18 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Growth of Aluminum Nitride on a Silicon Nitride Substrate for Hybrid Photonic Circuits
氮化铝（AlN）是一种新兴的集成量子光子学材料，具有优良的线性和非线性光学特性。特别地，其二阶非线性极化率$χ^{(2)}$允许单光子产生。采用直流磁控溅射法在氮化硅衬底上制备了氮化铝薄膜。的薄膜已被其特征在于使用X射线衍射，光学反射计，原子力显微镜，和扫描电子显微镜。通过优化氮氩比和磁控直流电源的沉积工艺，提高了薄膜的结晶性能。X射线衍射测量证实了高质量c轴取向薄膜的制备，摇摆曲线的半高宽为3.9 °。对于300 nm厚的膜。原子力显微镜测量揭示了均方根表面粗糙度低于1纳米。AlN沉积在SiN上使我们能够用一种新的方法来制造混合光子电路，这种方法避免了AlN具有挑战性的图案化。
2021-03-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Room-Temperature Sputtered Ultralow-loss Silicon Nitride for Hybrid Photonic Integration
本文提出室温反应溅射制备超低损耗氮化硅光子波导，在低温退火下实现3.5 dB/m损耗，并支持低阈值孤子频率梳与CMOS兼容的三维混合集成。
2023-01-25 physics.app-ph physics.optics
Hybrid III-V Silicon Photonic Crystal Cavity Emitting at Telecom Wavelengths
光子晶体（PhC）腔由于其优良的品质（Q）因子和较小的模体积而成为硅光子集成电路的理想选择。在这里，我们展示了一个新的概念，一维混合III-V/Si PhC腔，利用标准的绝缘体上硅技术和有源III-V材料的组合。使用模板辅助的选择性外延，Si PhC晶格的中心部分被III-V增益材料局部地替换。III-V族材料被放置成与腔模场分布的最大值重叠，同时将PhC的主要部分保持在Si中。选择性外延工艺使得能够平行于衬底生长，并且因此能够与Si平面内集成，以及原位平面内同质和异质结。所制造的混合III-V/Si PhCs在室温下显示出从1.2 μm到1.6 μm的整个电信波段的发射，验证了器件概念及其在硅上完全集成光源的潜力。
2020-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
All-optical switch and logic gates based on all-dielectric hybrid silicon-Ge2Sb2Te5 metamaterials
提出了一种全介质混合超材料（MM），用于实现短波红外（SWIR）波段的全光开关和逻辑门。这种MM由一个硅棒和一个Ge 2Sb 2 Te 5（GST）棒对组成。利用GST从非晶态到晶态的转变，这种MM可以产生具有主动控制的电磁感应透明（EIT）类似物。在此基础上，实现了1500 nm波长的全光开关，调制深度为84%。此外，该器件还可以同时实现非、或、或三种不同的逻辑门。由于GST具有快速的相变过程，该器件具有快速的响应时间和可重构能力，在未来的光网络中具有潜在的应用前景。
2019-07-09 physics.app-ph physics.optics physics.pop-ph
Hybrid integration of deterministic quantum dots-based single-photon sources with CMOS-compatible silicon carbide photonics
薄膜4 H-SiC（4 H-SiC）由于其高的CMOS工艺兼容性和大的光学非线性而成为实现大规模光学量子线路的竞争者。然而，在生产用于光子电路的密集集成的绝缘体上的晶片级4 H-SiC薄膜（4 H-SiCOI）以及对于可扩展量子光子学至关重要的确定性量子发射器的有效耦合方面仍然存在挑战。在这里，我们展示了混合集成的自组装InGaAs量子点（QD）为基础的单光子源（SPS）与晶圆级的4 H-SiC光子芯片制备的离子切片技术。通过设计双层垂直耦合器，实现了混合量子光子芯片中单光子辐射的产生和高效路由。此外，我们通过制作一个1 × 2的多模干涉仪（MMI），实现了一个芯片集成的分束器操作的触发单光子的对称功率分配比为50：50。在离子切片技术制备的4 H-SiC光子芯片上成功集成基于量子点的SPS，是实现CMOS兼容、快速可重构量子光子电路和确定性SPS的重要一步。
2022-03-23 physics.optics quant-ph
Photonic Crystal Microring Resonators on a Hybrid Silicon Nitride-on-Lithium Niobate Platform
首次在混合氮化硅-铌酸锂绝缘体平台上展示高质量光子晶体谐振器，利用电光效应实现电压驱动的灵活频率转换，并精确控制模式分裂。
2025-05-01 physics.app-ph physics.optics
Silicon-Organic Hybrid (SOH) Mach-Zehnder Modulators for 100 Gbit/s On-Off Keying
用于高速开关键控（OOK）的电光调制器是数据中心网络中短距离和中距离互连的关键部件。除了占地面积小和具有成本效益的大规模生产外，小驱动电压和超低功耗对于此类器件至关重要。在这里，我们证明了硅-有机混合（SOH）集成的概念非常适合应对这些挑战。该方法结合了大规模硅光子学的独特加工优势和通过有机材料分子工程获得的无与伦比的电光（EO）系数。在我们的概念验证实验中，我们使用π电压仅为0.9 V的1.1 mm长SOH马赫-曾德尔调制器（MZM）演示了线速率高达100 Gbit/s的OOK信号的生成和传输。该实验不仅代表了硅光子平台上100 Gbit/s OOK的首次演示，而且导致对于基于磁阻器的装置在此数据速率下所展示的最低驱动电压和能量消耗。我们支持我们的实验结果的理论分析，并表明，MZM的非线性传输特性可以利用，以克服调制器和电驱动电路的带宽限制。这些器件是在商业硅光子生产线上制造的，因此可以与标准硅光子器件的完整产品组合相结合。我们预计，高速高能效SOH调制器可能会对短距离光网络产生变革性影响，使紧凑型收发器具有前所未有的能效，这将成为未来Tbit/s数据速率以太网接口的核心。
2017-09-12 physics.app-ph physics.optics
Hybrid III-V diamond photonic platform for quantum nodes based on neutral silicon vacancy centers in diamond
将基于钻石色心的原子量子存储器与片上光子器件集成，将使长距离纠缠分布成为可能。然而，由于色心对其环境高度敏感，并且它们的性质在纳米制造结构中退化，因此集成的努力一直具有挑战性。在这里，我们描述了一种异质集成的片上III-V金刚石平台，该平台设计用于金刚石中的中性硅空位（SiV 0）中心，从而避免了蚀刻金刚石衬底的需要。通过与金刚石表面附近的SiV 0中心的倏逝波耦合，该平台将使Purcell增强SiV 0发射和有效的频率转换到电信C波段。所提出的结构可以用容易获得的制造技术来实现。
2020-12-30 cond-mat.other physics.optics quant-ph
