Hybrid integration methods for on-chip quantum photonics
集成量子光子学的目标是将用于产生、操纵和检测非经典光的组件组合在一个相位稳定且高效的平台中。固态量子发射器最近已经达到作为单光子源的杰出性能。与此同时，光子集成电路已经发展到可以在芯片上控制数千个元件，并且具有高效率和相稳定性。因此，研究人员现在开始将这些领先的量子发射器和光子集成电路平台结合起来，以实现每种技术的最佳性能。在这篇文章中，我们回顾了基于这种混合系统的集成量子光子学的最新进展。虽然混合集成解决了单个平台的许多局限性，但它也带来了因连接不同材料而产生的新挑战。我们回顾了固态量子发射器和光子集成电路中的各种问题，桥接这两个系统的混合集成技术，以及基于芯片的光子和发射器操纵方法。最后，我们讨论了集成量子发射器的片上量子光子学的剩余挑战和未来前景。
2019-11-28 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Direction reconfigurable non-reciprocal acousto-optic modulator on chip
非互易元件在光子系统中对于保护光源和信号路由功能是必不可少的。声光方法生产非互易器件提供了一种与磁光解决方案兼容的替代方案，对于光子集成尤其重要。在本文中，我们实验证明了一个动态可重构的非互易声光调制器在电信波长。调制器可以通过外部RF输入以多种互易和非互易配置来布置。该装置的动态可重构性通过新的交叉指叉型压电式传感器实现，该压电式传感器可以基于RF输入的相位改变往复性破坏声激励的方向性。我们在这里演示的方法可能使方向相关的信号处理和光学隔离的新途径。
2019-08-06 physics.app-ph physics.optics
Photonic RF and microwave reconfigurable filters and true time delays based on an integrated optical Kerr frequency comb source
我们展示了先进的横向射频（RF）和微波功能的基础上产生的集成微环谐振器的克尔光梳源。我们实现了极高的性能，光学真时间延迟，旨在可调相控阵天线的应用，以及可重构的微波光子滤波器。我们的结果与理论相符。我们表明，我们的真实时间延迟将产生一个相控阵天线的功能，包括高角分辨率和宽范围的波束转向角，而微波光子滤波器具有高Q值因子，宽带可调谐性，和高度可重构的滤波形状。这些结果表明，我们的方法是一个有竞争力的解决方案，实现可重构，高性能和潜在的低成本的射频和微波
2018-01-31 physics.app-ph physics.optics
Nonvolatile electrically reconfigurable integrated photonic switch
光子集成电路（PIC）的可重构性已经变得越来越重要，这是由于由新兴应用（包括神经形态计算、量子信息和微波光子学）驱动的对芯片上的电子-光子系统的日益增长的需求。这些领域的成功通常需要高度可扩展的光子交换单元作为基本构建模块。然而，目前的光子开关主要依赖于具有弱的、易挥发的热光或电光调制效应的材料，导致大的占地面积和高能耗。作为一种有前途的替代品，硫系相变材料（PCM）表现出强调制的静态，自保持的方式。在这里，我们展示了非易失性电可重构光子开关使用PCM包层硅波导和microwave谐振器，本质上是紧凑和节能。利用由原位硅PIN加热器致动的相变，在互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容工艺中获得了具有高耐久性的接近零的附加损耗和可逆切换。我们的工作可能使非常大规模的通用可编程集成光子处理器。
2019-12-10 physics.app-ph physics.optics
Dynamic brain spectrum acquired by a real-time ultra-spectral imaging chip with reconfigurable metasurfaces
光谱成像为各个领域，特别是生物医学研究铺平了道路。然而，光谱成像主要依赖于空间或时间扫描，不能同时获得高的时间、空间和光谱分辨率。在这项研究中，我们展示了一种基于可重构超表面的硅实时超光谱成像芯片，包括155，216（356 $\times$ 436）个图像自适应微型光谱仪，具有0.04 nm的超高中心波长精度和0.8 nm的光谱分辨率。将其应用于脑血流动力学成像，获得了大鼠桶状皮质中脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的动态光谱吸收特性，为光谱学在体研究和其他实时应用提供了启发。
2023-03-28 eess.IV physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable Physical Unclonable Function based on SOT-MRAM Chips
本文提出基于SOT-MRAM芯片的双脉冲重构策略，实现可重构物理不可克隆函数在宽温度范围内的实时重构，无需复杂动态反馈，为物联网安全奠定基础。
2025-09-25 cs.CR physics.app-ph
Free spectral range electrical tuning of a high quality on-chip microcavity
可重构光子电路的应用范围从下一代计算机架构到量子网络、相干雷达和光学超材料。然而，完全的可重构性目前仅在毫米级器件尺寸上是可行的。在这里，我们克服了这个障碍，开发了一个片上高品质的微腔谐振，可以在整个自由光谱范围（FSR）的电调谐。FSR调谐允许与任何源或发射器谐振，或在任何数量的网络微腔之间谐振。我们通过将纳米电子驱动与强大的光机械相互作用相结合来实现它，从而产生高度应变依赖的有效折射率。这允许低电压和亚千瓦功耗。我们展示了一个基本的可重构光子网络，使微腔谐振与任意模式的微环形光腔跨越电信光纤链路。我们的研究结果具有超越光子电路的应用，包括广泛可调谐的集成激光器，用于电信和天文学的可重构光学滤波器，以及片上传感器网络。
2018-06-20 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Redesigning Photonic Interconnects with Silicon-on-Sapphire Device Platform for Ultra-Low-Energy On-Chip Communication
传统的基于SOI（Silicon-on-Insulator）平台的片上光子互连由于光学非线性引起的组成光子器件的功率约束而具有有限的能量带宽可扩展性。在本文中，我们建议打破这种可扩展性的障碍，使用一种新的硅蓝宝石（SOS）为基础的光子器件平台。我们的物理层表征结果表明，基于SOS的光子器件在4μm附近的中红外区域具有可忽略的光学非线性效应，这大大降低了它们的功率限制。我们的链路级分析表明，基于SOS的光子器件可以用于实现聚合数据速率超过1 Tb/s的光子链路，这是最近被认为是无法实现的基于SOI的光子片上链路。我们还表明，这种高吞吐量的基于SOS的光子链路可以显着提高片上光子通信架构的能源效率。我们的系统级分析结果将基于SOS的光子互连定位为实现超低能量（< 1 pJ/bit）片上数据传输铺平道路。
2020-02-28 cs.ET physics.app-ph
Fabrication of a multifunctional photonic integrated chip on lithium niobate on insulator using femtosecond laser assisted chemo-mechanical polish
报道了利用飞秒激光辅助化学机械抛光技术在绝缘层上的钛酸锂（LNOI）上制备多功能光子集成芯片。我们通过重新配置与多功能光子电路集成的微电极阵列，在所制造的芯片上展示了高消光比的分束镜、1 * 6光开关和平衡的3 * 3干涉仪。
2019-07-08 physics.app-ph physics.optics
Scalable photonic-phonoinc integrated circuitry for reconfigurable signal processing
本文利用蓝宝石上的氮化镓实现了无需悬浮结构的可扩展光子-声子集成电路，能够同时实现光声场的高效发射、灵活路由与可重构处理，并展示了声学介导的频分复用射频与光信号的可重构转换。
2025-03-02 physics.app-ph physics.optics
Micro-transfer printing of GaSb optoelectronics chips for mid-infrared silicon photonics integrated circuits
首次演示了利用微转移印刷技术将GaSb增益芯片3D集成到硅光子学平台，实现了混合片上外腔激光器，为2-3 μm波段中红外光子集成技术在传感领域的应用奠定基础。
2024-09-20 physics.app-ph
Reconfigurable photonic RF filters based on integrated Kerr frequency comb sources
我们展示了两类基于集成光学微梳的光子射频（RF）滤波器。第一种是基于横向滤波结构，第二种是基于信道化技术。由微梳带来的大量波长导致显著增加的RF光谱分辨率和用于RF滤波器的大的瞬时带宽。对于RF横向滤波器，我们展示了Q因子增强、带外抑制改善、中心频率可调和可重新配置的滤波形状。而117 MHz的高分辨率，4.64 GHz的大RF瞬时带宽，和可编程的RF传递函数，包括二进制编码的陷波滤波器和RF均衡滤波器与可重构的斜率被证明为RF信道化滤波器。基于微梳的方法具有潜在的小得多的成本和占地面积，是有前途的集成光子RF滤波器。
2020-08-26 physics.app-ph physics.optics
Transport of topologically protected photonic waveguide on chip
本文提出利用具有相反谷陈数的光子晶体之间的狄拉克点波导，为片上拓扑光子波导引入宽度自由度，并据此设计了高效能量集中器和任意比例功率分配器，为集成光子网络提供了灵活平台。
2023-04-25 physics.app-ph physics.optics
Electrically reconfigurable silicon photonic filter enabled by embedded phase change material in microring resonator
报道了一种基于硅微腔中嵌入相变材料$Ge_{2}Sb_{2}Te_{5}$的可调谐光滤波器。非晶相$Ge_{2}Sb_{2}Te_{5}$的高热光系数使得能够以非常小的有效体积在宽范围内调谐谐振波长。采用低损耗的氧化铟锡电极在$Ge_{2}Sb_{2}Te_{5}$ -Si有源波导区产生焦耳热。在有源区中的电诱导加热改变了混合微晶体的有效折射率，从而导致对于仅3V的施加电压的1.04nm的波长调谐。该器件具有20-41 dB的高消光比和仅0.96 $μm^{2}$的紧凑有源封装，适用于大规模可重构集成光子电路。
2020-01-10 physics.app-ph physics.optics
Demonstrating Delay-based Reservoir Computing Using a Compact Photonic Integrated Chip
基于光子延迟的水库计算（RC）最近获得了相当大的关注，因为它允许简单的技术实现的RC概念，可以在高速运行。在本文中，我们讨论了一个实用的，紧凑的和强大的实现光子延迟基于RC，通过集成激光器和5.4厘米的延迟线的InP光子集成电路。我们演示了该芯片的操作与23个节点的速度为0.87GSa/s，表现出类似于以前的非集成的基于延迟的设置。我们还研究了其他两种后处理方法，以获得更多的节点在输出层。我们表明，这些方法大大提高了性能，而不影响计算速度。
2019-11-04 physics.app-ph
Reconfigurable integrated waveguide meshes for photonic signal processing and emerging applications
我们回顾了最近的进展，在该领域的集成光子波导网格，无论是从理论和实验的角度来看。我们展示了如何对这些设备进行编程，以实现传统的信号处理结构，如有限和无限脉冲响应滤波器，延迟线，波束形成网络以及更先进的线性矩阵光学功能。实验结果报告硅和氮化硅材料平台将提交。我们还将讨论实现这些结构的主要编程算法，并讨论它们作为独立系统或作为微波光子学、量子信息和机器学习中更详细的子系统的一部分的应用
2019-02-11 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Massively Parallel Reinforcement Learning with a Chaotic Reconfigurable Clockless Chip
CentraleSupélec and Université de Lorraine（中央苏佩莱克学院和洛林大学）
本文提出基于异步布尔网络的无时钟芯片架构，利用分布式混沌产生并行熵源，在1024臂老虎机问题上实现并行决策，并扩展至5120通道，生成速率达2.14 TS/s，为大规模强化学习提供高能效硬件基底。
2026-09-30 cs.NE nlin.CD physics.app-ph
Fiber to Chip Fusion Splicing for Robust, Low Loss Photonic Packaging
硅光子器件有望进入数据通信、电信、生物传感和光学相控阵等大规模市场;然而，将光纤永久连接到具有高光学效率的光子芯片仍然是一个挑战。我们提出了一个强大的和低损耗的封装技术的光纤和芯片之间的永久光学边缘耦合使用熔融拼接，这是低成本和可扩展到大批量生产。我们用CO $_2$激光器将SMF-28切割光纤熔接到芯片上，并用光学粘合剂对其进行加固。在1480 nm-1640 nm的160 nm带宽上，我们证明了每面1.0dB的最小损耗和0.6dB的损失。
2018-10-03 physics.app-ph physics.optics
Monolithic photonic chips for multi-channel frequency mixers and single photon detectors
钛酸锂光子芯片凭借其优异的光学性能，可以实现多种应用的光学工程。在这封信中，我们展示了单片光子芯片的多通道和频转换的基础上，反向质子交换周期性极化的锂硼酸盐波导，与不同的渠道表现出一致的和优秀的转换效率。为了获得强大的设备并为应用提供方便的接口，集成芯片与两个光纤阵列进行光纤耦合。然后，封装的芯片形成多通道上转换单光子探测器的核心。在每个通道中，输入信号与1950 nm单频泵浦激光器相互作用，并通过硅雪崩光电二极管对和频输出进行光谱滤波和检测。平均探测效率（DE）为23.2%，噪声计数率（NCR）为557计数每秒（cps），30个通道的标准偏差为2.73%和48 cps，以及邻近通道之间的光隔离（OI）大于71 dB，这对于单片光子芯片在深空激光通信、高速率量子密钥分发和单光子成像等领域的广泛应用是极好的。
2020-03-13 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Reconfigurable and Real-Time Nyquist OTDM Demultiplexing in Silicon Photonics
据我们所知，我们首次展示了硅光子学中相干多级奈奎斯特信号的可重构和实时正交时域解复用。不需要外部脉冲源，并且使用频率-时间相干性来利用Mach-Zehnder调制器对具有正交sinc-shaped奈奎斯特脉冲序列的输入奈奎斯特OTDM信号进行采样。所有的参数，如带宽和信道选择是完全可调的电域。通过在整个C波段（1530 nm - 1550 nm）上的解复用实验证明了该方案的可行性，由于发射机侧的实验约束，采用24 Gbaud Nyquist QAM信号。然而，具有仅16 GHz的3 dB带宽的硅Mach-Zehnder调制器可以解复用90 GHz光带宽的奈奎斯特脉冲，这表明在集成奈奎斯特收发器中有可能达到高达90 GBd的符号速率。
2021-10-19 eess.SP physics.app-ph
Ultrafast Reconfigurable Topological Photonic Processing Accelerator
State Key Laboratory of Photonics and Communications, Department of Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学电子工程系光通信与光子学国家重点实验室）；AIRC, Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学杭州高等研究院人工智能研究中心）；Juhe Electro-optic (Hangzhou) Tech. Co. Ltd.（聚和光电（杭州）科技有限公司）
本文提出一种晶圆级非易失性拓扑光子计算芯片，利用铁电PZT薄膜实现千倍更快重构和零静态功耗，计算密度达266 TOPS/mm²，为高效高速光子张量处理奠定基础。
2025-11-05 physics.app-ph physics.optics
ITO-Based Microheaters for Reversible Multi-Stage Switching of Phase-Change Materials: Towards Miniaturized Beyond-Binary Reconfigurable Integrated Photonics
诱导大的折射率变化是可重构光子结构的圣杯，这一目标长期以来一直是发现新光学材料平台的驱动力。近年来，Ge-Sb-Te（GST）基相变材料在非晶态和晶态之间的折射率差异引起了可重构集成纳米光子学的极大关注。在这里，我们介绍了一个微加热器平台，采用光学透明和导电的铟锡氧化物（ITO）桥的快速和可逆的电气开关的GST相之间的结晶和非晶态。通过适当分配的电脉冲施加到ITO微加热器，我们表明，我们的平台允许注册几乎任何中间结晶状态到GST膜集成的顶部设计的微加热器。更重要的是，我们证明了GST相之间的非晶态和晶态的完全可逆性。为了展示使用这种混合GST/ITO平台用于小型化集成纳米光子结构的可行性，我们将我们设计的微加热器集成到马赫-曾德尔干涉仪的臂中，以实现与现有集成光子架构相比具有数量级更小的足迹的电可重构光学移相器。我们表明，光信号的相位可以逐渐转移到多个中间状态使用的结构，可以潜在地小于一个单一的波长。我们相信，我们的研究展示了在混合PCM光子器件中使用光学功能的超越二进制重新配置来形成全新的小型化可重新配置集成纳米光子学的可能性。
2020-03-20 physics.app-ph physics.optics
Fully on-chip single-photon Hanbury-Brown and Twiss experiment on a monolithic semiconductor-superconductor platform
量子密码学、光子量子精密测量、光子量子模拟器和计算机等光子量子技术将在很大程度上受益于高度可扩展和占用空间小的量子光子电路。为了实现完全的片上量子光子操作，需要三个基本的构建模块：单光子源、光子电路和单光子探测器。硅和相关平台上的高度集成的量子光子芯片已经被证明只包含这些基本构建块中的一个或两个。所有三个组件的先前实现主要受到激光杂散光的限制，使得时间滤波成为必要或需要复杂的操作来将所有组件转移到一个芯片上。到目前为止，一个单一的，同时实施的所有元素演示单光子操作仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一个完全集成的Hanbury-Brown和Twiss设置在微米尺寸的足迹，由GaAs波导嵌入量子点作为单光子源，波导分束器和两个超导纳米线单光子探测器。这使得在连续波和脉冲共振激发下的单光子水平的二阶相关测量。
2018-06-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable inverse designed phase-change photonics
本研究提出在逆向设计的光子器件中利用对相变材料的像素级控制，通过直接激光写入实现局部相位调控，从而实现高度可重构的多功能操作，为下一代可编程相变光子系统提供了新方法。
2024-08-22 physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable Application-Specific Photonic Integrated Circuit for solving Partial Differential Equations
几个世纪以来，更快、更有效地求解数学方程一直是所有学科的科学家和工程师的圣杯。虽然近几十年来电子数字电路已经彻底改变了方程求解，但很明显，计算机求解器的蛮力方法的性能增益随着时间的推移而迅速饱和。相反，利用宇宙的自然趋势来最小化系统自由能的范例，例如退火机或伊辛机，由于有利的复杂性缩放而受到追捧。在这里，我们介绍了一个可编程的模拟求解器，利用麦克斯韦方程和光子电路之间的数学形式等价。它具有纳米光子束的网状网络，以找到偏微分方程的解。作为一个例子，我们设计，制造，并展示了一种新型的应用特定的光子集成电路组成的电光可重构节点，并通过实验验证了90%的准确度相对于商业求解器。最后，我们测试了这种光子集成芯片的性能，通过模拟热扩散的航天器热屏蔽在重返行星大气层。本文提出的可编程光电路为解决复杂问题提供了一条简便的途径，因此将在许多科学和工程领域具有深远的潜在应用。
2022-08-06 physics.app-ph physics.optics
Low-loss fiber-to-chip interface for lithium niobate photonic integrated circuits
近年来，集成锂离子光路在高速调制、非线性频率转换和频率梳产生等先进的光子学功能方面有着广阔的应用前景。对于实际应用，具有低光纤到芯片耦合损耗的光学接口是必不可少的。到目前为止，光纤到芯片损耗（通常> 10 dB）主导典型LN光子集成电路的总插入损耗，其中芯片上传播损耗可以低至0.03 - 0.1 dB/cm。在这里，我们实验证明了一个低损耗的模式大小转换器之间的标准透镜光纤和亚微米LN脊形波导的耦合。该耦合器由两个倒锥组成，将脊形波导的小光模转换为LN纳米线的对称导模，具有与锥形光纤相匹配的更大的模面积。光纤-芯片耦合损耗小于1.7dB/面，具有较高的制造公差和可重复性。我们的研究结果为实际集成LN光子电路与光纤的有效接口打开了大门。
2019-02-24 physics.app-ph physics.optics
On-Chip Integration of Single Solid-State Quantum Emitters with a SiO$_2$ Photonic Platform
未来集成纳米光子器件的一个重要组成部分是单光子发射器和具有单光学模式的量子存储器的可扩展芯片上接口。在这里，我们提出了一个单一的固态量子位，氮空位（NV）中心，与光子平台组成的硅衬底上热生长的SiO $_2$完全确定性集成。该平台以其超低荧光和生产各种无源结构（如高Q微谐振器和模式尺寸转换器）的能力而脱颖而出。通过数值分析，可以确定一个最佳的结构，有效地耦合的偶极子发射器的导模。在实验上，预选NV发射器的集成与原子力显微镜和量子发射器的片上激发以及单光子耦合到集成结构的导模进行了演示。我们的方法显示了该平台作为具有固态量子位的片上光子结构的强大纳米级接口的潜力。
2019-05-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Electrically Reconfigurable Non-Volatile On-Chip Bragg Filter with Multilevel Operation
本研究首次提出基于Sb₂S₃相变材料的非易失性电可编程片上布拉格滤波器，实现超99%峰值反射率、20nm调谐范围及准连续阻带控制，为低功耗可编程PIC及相关光学应用奠定基础。
2024-08-19 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Towards ultracompact photonic chips using higher-order modes in closely spaced waveguides
本文利用紧密排列波导中的高阶模式显著降低串扰，从而大幅缩小光子芯片尺寸，并设计了基于高阶模式的定向耦合器、3-dB分路器及马赫-曾德尔干涉仪等超紧凑组件。
2025-08-07 physics.app-ph physics.optics
On-Chip Optical Transduction Scheme for Graphene Nano-Electro-Mechanical Systems in Silicon-Photonic Platform
提出了一种石墨烯基纳米机电系统（NEMS）应变和位移的片上光学转换方案。对三种硅光子集成电路结构的可行性进行了详细的数值研究：马赫-曾德尔干涉仪（MZI），微环形谐振器和环形加载MZI。使用加载有具有2400的中等Q因子的环形谐振器的Mach-Zehnder干涉仪的基于折射率感测的技术可以分别产生对于位移和应变的28 fm/sqrt（Hz）和6.5E-6%/sqrt（Hz）的灵敏度。虽然任何相位敏感的集成光子器件都可以用于光学转换，但在这里，我们表明，通过将谐振与相位灵敏度相结合，可以实现最佳灵敏度。
2018-01-04 physics.app-ph physics.optics
Indistinguishable photons from deterministically integrated single quantum dots in heterogeneous GaAs/Si$_3$N$_4$ quantum photonic circuits
硅光子学通过允许创建连接各种功能性片上元件的广泛的、低损耗的、可重新配置的网络来实现量子光子系统的缩放。将单量子发射器包括到光子电路上，充当不可区分光子或单光子非线性的按需源，可以实现大规模基于芯片的量子光子电路和网络。为此，我们使用低温$\textit{in situ}$电子束光刻确定性地产生混合GaAs/Si $_3$ N $_4$光子器件包含单个InAs量子点精确地位于纳米光子结构内，其作为高效的Si $_3$ N $_4$波导耦合片上按需单光子源。我们的可扩展制造方法提供的精确定位还允许观察后选择的不可区分的光子。这表明了一条通往基于芯片的量子光子学的显着缩放的有前途的道路，这是由按需直接在芯片上产生的不可区分的单光子的大通量实现的。
2019-05-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Non-volatile reconfigurable integrated photonics enabled by broadband low-loss phase change material
相变材料（PCM）长期以来一直被用作可编程光盘的存储介质，后来又被用于随机存取存储器。近年来，PCM与纳米光子结构的集成为非易失性可重构光学引入了新的范例。然而，原型PCM Ge_2Sb_2Te_5在可见光和电信波长的高损耗从根本上限制了其应用。Sb_2S_3是一种具有610 nm到近红外波段透明窗口的宽带隙相变材料。本文首次在750 nm和1550 nm两个波段的集成光子平台上实验证实了Sb_2S_3的强相位调制和低光损耗特性。与硅相反，Sb 2S 3的热光系数被示出为负，使得Sb 2S 3-Si混合平台对热波动不太敏感。最后，研制了一种集成Sb_2S_3的非易失性微开关，该开关可以在高、低透射态之间进行电调谐，对比度超过30 dB。我们的工作实验验证了Sb 2S 3在固态量子发射器和电信相关波长范围内的显著相位修改和低损耗，从而实现了诸如光学现场可编程门阵列，制造后修整和大规模集成量子光子网络等潜在应用。
2021-01-12 physics.app-ph physics.optics
High Speed Precise Refractive Index Modification for Photonic Chips through Phase Aberrated Pulsed Lasers
提出一种结合非热态与热态优势的光子芯片折射率修饰方案，通过操控球面像差重分配脉冲能量，实现20 mm/s高速、16 x 10-3高对比度及任意截面高精度制造。
2023-07-26 physics.app-ph physics.optics
Photonic neural field on a silicon chip: large-scale, high-speed neuro-inspired computing and sensing
光子神经网络在低延迟和超低能耗的高速神经处理方面具有巨大的潜力。然而，大规模神经网络的片上实现仍然是具有挑战性的，由于其低的可扩展性。在此，我们提出了光子神经场的概念，并在硅芯片上实验性地实现了它，以实现高度可扩展的神经启发计算。与现有的光子神经网络相比，光子神经场是一个空间连续的场，非线性地响应于光输入，其高空间自由度允许在毫米级芯片上进行大规模和高密度的神经处理。在这项研究中，我们使用片上的光子神经场作为一个水库的信息，并展示了一个高速混沌时间序列预测与低误差使用类似的储备池计算的训练方法。我们讨论的光子神经场是潜在的能够执行一个以上的千倍乘累加操作每秒为一个单一的输入波长上的足迹小到几平方毫米。除了处理之外，光子神经场还可以用于快速感测光学相位的时间变化，这得益于其对光输入的高灵敏度。光学处理与光学传感的融合为端到端数据驱动的光学传感方案铺平了道路。
2021-05-22 cs.ET cs.NE physics.app-ph
Fully on-chip microwave photonics system
微波光子学（MWP）利用光的巨大带宽来产生、处理和测量宽带微波信号，有望引发信息和通信领域的一场新的革命。在过去的十年中，由于集成光子学的进步，MWP出现了新的机会。然而，尽管在集成度方面取得了重大进展，但包括所有必要的光子和电子组件的完全片上MWP功能系统尚未得到证明。在这里，我们打破现状，并提供一个完整的片上解决方案的MWP系统，通过利用混合集成的磷化铟，硅光子和互补金属氧化物半导体（CMOS）电子平台。应用这种混合集成方法，一个完全基于芯片的MWP微波瞬时频率测量（IFM）系统的实验证明。前所未有的集成度大大提升了整个MWP IFM系统的紧凑性、可靠性和性能，包括宽频率测量范围（2-34 GHz）、超低估计误差（10.85 MHz）和快速响应速度（0.3 ns）。此外，我们将芯片级MWP IFM系统部署到实际的应用任务中，在X波段（8-12 GHz）具有快速变化频率的各种微波信号被实时准确识别。该演示标志着集成MWP发展的一个里程碑，为各种MWP功能系统的小型化和大规模实施提供了技术基础。
2022-02-23 physics.app-ph physics.optics
Laser Structured Optical Interposer for Ultra-dense Vertical Coupling of Multi-core Fibers to Silicon Photonic Chip
该研究利用飞秒激光技术制备了光学互连芯片，实现多芯光纤与硅光芯片的超密垂直耦合，展示了低损耗的光子电路设计。
2025-12-01 physics.app-ph physics.optics
Chip-scale high-performance photonic microwave oscillator
本文提出芯片级电光频率分频微波振荡器，通过双激光自注入锁定氮化硅谐振器和薄膜铌酸锂电光频率梳，在37.7 GHz载波10 kHz频偏处实现-129 dBc/Hz超低相位噪声。
2024-02-26 physics.app-ph physics.optics
Low-Loss Integration of High-Density Polymer Waveguides with Silicon Photonics for Co-Packaged Optics
本文提出两种异构集成技术，通过SiN波导与聚合物波导的绝热耦合实现高密度光电I/O连接，实验验证O波段耦合效率接近1 dB，芯片间及芯片到光纤耦合损耗低于2 dB。
2025-03-04 physics.app-ph physics.optics
Sub-nanosecond all-optically reconfigurable photonics in optical fibres
提出基于多模和多芯光纤的全光平台，利用低功率探测光束与高功率反向控制光束实现亚纳秒级动态重构，展示了功率分束、模式转换及芯间切换等操作，为未来可重构光网络和光计算提供快速节能的新方案。
2024-09-24 nlin.AO physics.app-ph physics.optics
High-efficiency fiber-to-chip interface for aluminum nitride quantum photonics
近年来，集成非线性光子电路得到了迅速发展，通过腔增强光子-光子相互作用为经典和量子应用提供了全光功能。高效的光纤到芯片接口是将这些集成光子电路用于量子信息任务的关键，因为光子损耗是削弱量子协议的主要来源。在这里，克服材料和薄膜氮化铝的制造限制，通过采用一个逐步的波导方案，我们展示了低损耗绝热光纤耦合器的氮化铝薄膜具有相当大的厚度（600 nm），优化非线性光子相互作用。对于电信（1550 nm）和近可见（780 nm）横向磁偏振光，光纤耦合器的插入损耗分别为-0.97 dB和-2.6 dB。我们的研究结果将有助于使用氮化铝集成光子电路作为有效的量子资源在微芯片上产生纠缠光子和压缩光。
2020-02-01 physics.app-ph physics.optics
Chip-Based Lithium-Niobate Frequency Combs
锂离子电池是一种优良的光子晶体材料，具有大的$χ^2$和$χ^3$非线性。纳米纤维技术的最新突破使得基于绝缘体上锂酸盐（LNOI）平台的超低损耗纳米光子器件成为可能。在这里，我们提出了一个在片上光学频率梳生成的LNOI平台的最新发展的概述。这些设备可能会导致新的机会，为经典和量子光子应用集成非线性光子器件。
2019-12-01 physics.app-ph physics.optics
Chip-scale sub-Doppler atomic spectroscopy enabled by a metasurface integrated photonic emitter
本研究展示了一种集成光纤耦合的光子-超表面器件，实现了芯片级亚多普勒光谱学，通过高效发射准直光束并耦合反射光，无需对准，并提出了模型解释铷原子光谱特征。
2024-06-11 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Photonic Chiplet Interconnection via 3D-Nanoprinted Interposer
提出一种基于3D纳米打印转接板的光子小芯片互连方案，利用微反射镜和耦合框架实现任意材料芯片间的低损耗被动耦合，成功展示跨平台集成潜力。
2024-02-19 physics.app-ph physics.optics
Graphene/silicon heterojunction for reconfigurable phase-relevant activation function in coherent optical neural networks
提出基于双功能石墨烯/硅异质结的片上可重构相位激活器件，兼具低功耗、小尺寸与高响应度，并在复数光学神经网络识别任务中验证了性能提升。
2023-07-13 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
Structured illumination microscopy using a photonic chip
结构化照明显微镜（SIM）能够以高速实现活细胞超分辨率成像。SIM使用复杂的光学系统来产生预定的激发光图案，并使用重建算法来将分辨率提高到两倍。SIM的光学设置依赖于精密的自由空间光学器件来产生光图案，以及高数值孔径物镜来将图案投射到样品上。这些布置易于失准，通常具有高成本，并且最终分辨率增强受到收集光学器件的数值孔径的限制。在这里，我们提出了一种基于光子芯片的全内反射荧光（TIRF）-SIM，大大降低了采集TIRF-SIM图像所需的光学设置的复杂性。这是通过从显微镜取出光传输并将其传输到光子芯片来实现的。传统的载玻片被平面光子芯片所取代，既可以容纳样品又可以照亮样品。该芯片用于产生一个驻波干涉图案，该图案通过倏逝场照射样品。通过使用热光调制来控制干涉图案的相位，从而使SIM系统的光照射路径的覆盖区为大约4 × 4 cm $^2$。此外，我们表明，通过使用的光子芯片技术，SIM的分辨率增强可以增加以上的传统方法。此外，通过分离激发和收集光路，该技术打开了使用低数值物镜的可能性，而不会牺牲SIM分辨率。基于芯片的SIM代表了一种简单，稳定和负担得起的方法，它可以使该技术的广泛渗透，也可能为高通量光学超分辨率显微镜开辟道路。
2019-03-13 physics.app-ph physics.optics
Cryogenic and hermetically sealed packaging of photonic chips for optomechanics
我们展示了一个密封的封装系统，集成光子器件在低温下的即插即用功能。这种方法提供了将受控量的气体封装到光学封装中的能力，从而允许氦用作热交换气体以使光子器件热化，或者冷凝成覆盖器件的超流体。该封装系统进行了测试，使用硅绝缘槽波导谐振器填充超流$^4$他低于转变温度。为了优化光纤到芯片的光学集成690，通过热循环用一系列胶（NOA 61、NOA 68、NOA 88、NOA 86 H和强力胶）粘合到各种常见光子芯片衬底（硅、氧化硅和HSQ）的光纤来执行测试。这表明NOA 86 H（具有潜热催化剂的UV固化光学粘合剂）在低温条件下为所有测试的基材提供最佳性能。该技术与超流光力学实验以及量子光子学和量子光力学应用有关。
2022-05-11 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
