Complementary metal-oxide semiconductor compatible source of single photons at near-visible wavelengths
我们展示了在芯片上产生的相关光子对在近可见光谱使用CMOS兼容的PECVD氮化硅光子器件。光子通过由具有320，000的高质量Q因子的环形谐振器增强的自发四波混频产生，导致950，000 $\frac{pairs}{mW}$的产生速率。这种光源的高亮度为在宽波长范围内扩展光子量子技术提供了机会，并为开发在室温下工作的完全集成量子芯片提供了途径。
2018-03-28 physics.optics quant-ph
Waveguide optical parametric amplifiers in silicon nitride with 2D graphene oxide films
本文首次将二维氧化石墨烯薄膜集成到氮化硅波导中，通过精确控制薄膜厚度、长度和位置，将光参量放大增益提升约12.2 dB，为高性能光子集成OPA提供了新方法。
2024-01-14 physics.app-ph physics.optics
Engineering the light coupling between metalens and photonic crystal resonators for robust on-chip microsystems
我们设计了一个片上变形光学系统的超透镜-光子晶体谐振器元系统的晶圆兼容硅光子平台。通过调整片上超透镜的聚焦长度和模式尺寸，超透镜与光子晶体谐振器和波导结构之间的插入损耗通过模式匹配被最小化。该微系统不涉及任何单模硅纳米线波导，因此在没有任何氧化物包层的情况下具有机械鲁棒性。所提出的微系统是理想的小型化的化学和生物传感器在空气或溶液环境中工作。
2021-03-09 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
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
Graphene oxide for high performance nonlinear optics in integrated nanowires
本研究通过在硅、氮化硅等纳米光子平台集成二维氧化石墨烯薄膜，利用其高克尔非线性与低非线性吸收特性，实现三阶非线性过程显著增强，硅基平台中克尔非线性及非线性品质因数最高提升20倍，为提升集成光子器件非线性光学性能提供了有效方案。
2024-10-15 physics.optics
Integrated nanophotonic polarizers in silicon waveguides and ring resonators using graphene oxide 2D films
本文将二维氧化石墨烯薄膜集成到硅波导和微环谐振器上，利用其各向异性光吸收实现集成偏振器，实验获得约17 dB偏振相关损耗和约10 dB偏振消光比，并验证了超过100 nm的宽带工作能力。
2024-07-21 physics.app-ph physics.optics
3D photonics for ultra-low energy, high bandwidth-density chip data links
针对AI芯片算力提升远超互连网络带宽、传输能耗过高的瓶颈，研究人员通过光子与电子芯片的3D集成，实现了迄今能耗最低的光学数据链路，能效和带宽密度较此前提升两倍，且可依托CMOS工艺规模化量产，为AI硬件扩展消除带宽限制。
2023-10-02 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
Loading-effect-based 3-D microfabrication empowers on-chip Brillouin optomechanics
本文提出一种悬浮纳米线结构，结合基于负载效应的三维微加工技术，实现片上布里渊光机械学，获得高增益系数，推动大规模集成。
2024-02-04 physics.app-ph physics.optics
Integrated polarizers based on graphene oxide in waveguides and ring resonators
实验证明了集成波导偏振器和偏振选择性微环谐振器（MRR）与氧化石墨烯（GO）薄膜。基于大面积、无转移、逐层GO涂覆方法制造具有均匀涂覆和图案化GO膜的CMOS兼容掺杂二氧化硅波导和MRR，该方法产生膜厚度的精确控制。使用光刻和剥离工艺来实现GO膜的光刻图案化，并精确控制放置和涂层长度。进行详细的测量以表征器件的性能相对于GO膜厚度和涂层长度作为偏振、波长和功率的函数。对于涂覆有2 mm长的图案化GO膜的波导，实现了~ 53.8dB的高偏振相关损耗。结果发现，本征膜材料损耗各向异性占主导地位的性能小于20层，而偏振相关模式重叠占主导地位的较厚的层。对于MRR，GO涂层长度减小到50微米，在TE和TM谐振之间产生约8.3-dB的偏振消光比。这些结果提供了有趣的物理见解和趋势的层状GO膜，并证明了引入GO膜的光子集成器件，以实现高性能的偏振选择性组件的有效性。
2019-07-16 physics.app-ph physics.optics
On-Chip Detection of Entangled Photons by Scalable Integration of Single-Photon Detectors
光子集成电路（PIC）已经成为使用光子和原子系统的复杂量子技术的可扩展平台。一个中心目标是集成光子分辨探测器，以减少与片外探测器相关的光损耗、延迟和布线复杂性。超导纳米线单光子探测器（SNSPD）是特别有吸引力的，因为高检测效率，亚50 ps的定时抖动，纳秒级的复位时间，从可见光到中红外光谱的灵敏度。然而，虽然单个SNSPD已经被并入到单独的波导中，但是由于低器件成品率，在一个光子电路中的多个SNSPD的系统效率被限制在0.2%以下。在这里，我们介绍了一个微米级倒装芯片工艺，使SNSPD的可扩展集成在一系列的PIC。10个低抖动探测器集成在一个PIC上，器件成品率为100%。对于一个PIC上的多个SNSPD，平均系统效率超过10%，我们展示了非经典光的高保真片上光子相关测量。
2014-05-16 physics.optics
Ultra-sensitive label-free in-situ detection of dynamically driven self-assembly of 2D nanoplatelets on SOI chip
具有动态可调功能特性的流体分散二维（2D）复合材料最近已成为一种新型的非常有前途的光电材料，不仅为新兴的超材料领域，而且为芯片级多功能元器件开辟了新的途径。然而，在芯片上和器件运行期间对2D纳米颗粒的动态有序性进行原位监测和检测仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们介绍了一种新的方法，在芯片上，原位拉曼特性的二维流体复合材料纳入硅光子芯片。在这项工作中，2D纳米片的拉曼信号选择性增强的法布里-珀罗谐振器设计的CMOS光子兼容的微流体通道。然后，这已被扩展到演示单个2D纳米片的动态的第一个原位拉曼检测，在微流体通道内。我们的工作为基于二维流体复合材料和CMOS光子学平台的三维光子微结构成形的首次实际实现铺平了道路。
2016-05-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Silicon-Integrated Next-Generation Plasmonic Devices for Energy-Efficient Semiconductor Applications
本综述聚焦硅集成混合模式等离激元器件，探讨其克服传统材料损耗、实现高带宽片上通信的潜力，并比较多种方法以指引高性能硅基光子学发展。
2025-03-25 physics.app-ph physics.optics
Indium-Tin-Oxide for High-performance Electro-optic Modulation
本文综述了利用氧化铟锡（ITO）实现高性能超紧凑电光调制的研究，发现波导内联腔可显著提升消光比，并通过速度分析指出侧向偏置设计有望实现数百GHz的快速器件，且占地比硅光MZI小3个数量级。
2023-05-18 physics.app-ph physics.optics
On-chip lateral Si:Te PIN photodiodes for room-temperature detection in the telecom optical wavelength bands
本文首次实验展示了横向 Te 超掺杂 Si PIN 光电二极管在室温电信波段工作，并详细描述了其制造工艺、工作原理与性能，为在单一硅芯片上利用平面 CMOS 技术集成有源和无源光子元件提供了有前景的方案。
2023-05-02 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Chip-Scale Continuously Tunable Optical Orbital Angular Momentum Generator
携带轨道角动量（OAM）的光具有影响从光通信到量子信息以及用于激发和操纵原子、分子和微粒子的光学力的各种各样的应用的潜力。在这些应用中利用OAM的独特优势在很大程度上依赖于多个不同OAM状态的使用。因此，希望有一种能够以集成形式产生具有自由可调OAM状态的光的器件，用于大规模集成.我们提出并演示了一个紧凑的硅光子集成电路，以产生一个自由空间光束与OAM状态连续调谐从一个单一的电输入信号，实现整数和非整数OAM状态。该器件的紧凑性和灵活性及其与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺的兼容性，有望与其他硅光子器件集成，用于广泛的应用。
2014-08-14 physics.optics
Towards fully integrated photonic backpropagation training and inference using on-chip nonlinear activation and gradient functions
针对光子神经网络难以同时实现非线性激活函数及其梯度的问题，研究利用微盘调制器的非线性电光响应，在硅光子平台上实现两种常用激活函数及梯度，用于MNIST分类准确率超97%，为全集成光子反向传播训练与推理提供了可行路径。
2023-06-16 cs.ET physics.optics
Integrated RGB Beam Combiner in Al2O3 Photonic Circuits with On-Chip Modulation for AR/VR Displays
本文提出了一种基于Al₂O₃光子集成电路的集成RGB光束组合器，利用Mach-Zehnder调制器和光栅实现AR/VR显示中的动态颜色控制，实验展示了高消光比的热光调制性能。
2026-03-05 physics.optics
Post trimming of silicon photonics microresonators by nanoscale flash memory technology
闪存技术在现代微电子中广泛应用，并从根本上影响着我们的日常生活。考虑到光子电路，特别是硅光子电路的最新进展，现在有机会将闪存技术嵌入光子应用中。一个特别有前途的候选人，可以受益于这种集成是光子谐振器。到今天为止，芯片级谐振器是现代硅光子平台中必不可少的构建块。然而，由于不可避免的制造缺陷，它们的特性，特别是它们的谐振频率偏离它们的设计值，对这种装置的适用性施加了严格的限制。在这里，我们提出了一个解决方案，这个主要的障碍，并证明了这种谐振器后微调的电气方法。这是通过将完善的闪存技术集成到光子电路中来实现的。更具体地说，我们使用纳米级硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅（SONOS）结构，以便在位于硅器件层附近的薄氮化硅层中捕获电荷。这使得电荷能够在硅中积累，从而修改光学模式的有效折射率并因此修改谐振频率。通过这样做，我们提供了一个强大而优雅的CMOS兼容存储器解决方案，可以很容易地制造和商业化。我们期望这种方法为更有效地利用芯片级光子和电光系统中的谐振器和干涉仪铺平道路，具有广泛的应用，例如滤波器，调制器，传感器和激光器，仅举几例。
2017-05-21 physics.app-ph physics.optics
Sub-Volt High-Speed Silicon MOSCAP Microring Modulator Driven by High Mobility Conductive Oxide
提出一种硅与高迁移率导电氧化物异质集成的MOSCAP微环调制器，实现0.8V驱动、117pm/V效率及25Gb/s传输，有望优化至100Gb/s。
2023-08-30 physics.app-ph physics.optics
In-situ wavelength tuning of quantum-dot single-photon sources integrated on a CMOS silicon chip
硅量子光子学利用互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的优势，为实现大规模量子光子集成电路（QPIC）提供了一条很有前途的途径。为了实现这种硅基QPIC的可扩展操作，一种直接的方法是集成确定性单光子源（SPS）。为此，混合集成的确定性固态SPS，如那些基于InAs/GaAs量子点（QD），是非常有前途的。然而，量子点固有的光谱和空间随机性对在硅CMOS芯片上可扩展地实现多个相同的SPS提出了严峻的挑战。为了克服这一挑战，我们一直在研究一种新的混合集成技术，称为转移印刷，这是基于一个拾取和放置操作，并允许所需的QD SPS的硅CMOS芯片上的任何位置上的集成。然而，即使在这种情况下，对于来自不同来源的干扰光子，将需要在集成QD SPS之间进行原位微调以实现完美的波长匹配。在这里，我们展示了在现场的QD SPS集成在CMOS硅芯片上的波长调谐。为了热调谐集成QD的发射波长，我们用光学驱动加热垫增强QD SPS。所有必要元件的集成都是使用转印进行的，这在很大程度上简化了微/纳米光子结构的三维堆叠的制造。我们进一步展示了在同一硅片上集成的两个不同的量子点源之间的原位波长匹配。我们基于转印的方法将为实现利用CMOS技术的大规模QPIC提供可能性。
2019-09-30 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Surface acoustic waves Brillouin photonics on a silicon nitride chip
本文通过在氮化硅平台上沉积氧化碲层引入表面声波驱动的强受激布里渊散射，实现增益提升超两个数量级，并演示了5 dB净增益放大器、7 Hz线宽布里渊激光器和2.2 MHz线宽可调微波光子滤波器。
2024-10-21 physics.app-ph physics.optics
Strongly coupled single quantum dot-cavity system integrated on a CMOS-processed silicon photonic chip
量子光子集成电路（QPIC）是构建量子技术应用集成器件的一种很有前途的工具。在光学领域，由互补金属氧化物半导体（CMOS）技术授权的硅光子学提供了用于实现大规模QPIC的光学组件。QPIC需要单光子水平的光学非线性来促进光子-光子相互作用。然而，迄今为止，具有确定性（即，尽管基于硅光子学的QPIC的功能性增强，但是通过使用基于硅的组件来实现单光子非线性（非概率性）是具有挑战性的。在本研究中，我们首次在CMOS制程的硅光子晶片上实现了强耦合的InAs/GaAs量子点-腔量子电动力学系统。采用转移印刷法在硅片上实现了GaAs腔体的异质集成。本文实现的CMOS光子芯片上的腔QED系统是一种很有前途的片上单光子非线性元件的候选者，它构成了基于QPIC的未来应用的基础组件，如通过腔对量子比特态的相干操纵和无损测量，以及高效的单光子滤波器和路由器。
2018-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Enhanced four-wave-mixing with 2D layered graphene oxide films integrated with CMOS compatible micro-ring resonators
将层状二维氧化石墨烯（GO）薄膜与微谐振器（MRR）集成，以实验证明四波混频（FWM）形式的增强的非线性光学。使用大面积、无转移、逐层GO涂覆方法以及光刻和剥离工艺将均匀涂覆和图案化的GO膜集成在CMOS兼容的掺杂二氧化硅MRR上，从而精确控制膜厚度、放置和涂层长度。GO膜的高克尔非线性和低损耗与MRR内的强轻物质相互作用相结合导致混合MRR中的FWM效率的显著改善。在不同的泵浦功率和谐振波长下，对具有1至5层GO的均匀涂覆的MRR以及具有10至50层GO的图案化器件进行详细的FWM测量。实验结果显示与理论良好的一致性，对于均匀地涂覆有1层GO的MRR，在FWM转换效率（CE）上实现了高达7.6dB的增强，并且对于具有50层GO的图案化器件，实现了10.3dB的增强。通过拟合测得的CE作为具有不同数量的GO层的设备的泵浦功率的函数，我们还提取了三阶非线性对层数和泵浦功率的依赖性，揭示了关于分层GO膜从2D单层到准块状行为的演变的有趣的物理见解。这些结果证实了与2D分层GO膜结合的集成光子谐振器的高非线性光学性能。
2020-02-11 physics.app-ph physics.optics
Epitaxial rare-earth doped complex oxide thin films for infrared applications
本文报道了采用脉冲激光沉积法制备高质量Tm掺杂CaZrO$_3$外延薄膜，通过结构和化学表征探究其结晶度与掺杂行为，低温光致发光测量证实其在1.75-2 μm短波红外范围内具有尖锐辐射跃迁，适用于红外光电子和量子存储应用。
2024-02-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hybrid integrated near UV lasers using the deep-UV Al2O3 platform
基于深紫外Al2O3平台，实现首个近紫外混合集成激光器，具备高功率输出与宽调谐范围，推动芯片集成光子应用发展。
2023-02-22 physics.app-ph physics.optics
Integration of fluorescence collection optics with a microfabricated surface electrode ion trap
我们已经成功地展示了一个集成的光学系统收集荧光从一个被困的离子。该系统，包括一个阵列的透射，介电微光学和光纤阵列，已密切纳入离子捕获芯片，而不会产生负面影响的捕获性能。环氧树脂，真空馈通，和光学组件材料进行了仔细选择，使他们没有降低真空环境，我们已经证明了光检测以及离子捕获和穿梭行为相比，没有集成光学器件的捕获芯片，没有修改的控制电压的捕获芯片。
2010-09-23 physics.ins-det physics.optics
Hybrid Integrated Photonics Using Bulk Acoustic Resonators
微波频率的声光调制是通过激发光子堆中的高泛音体声波谐振（HBAR谐振）来实现的。这些受限的机械应力波传输表现出垂直传输的、高品质因数（Q）的声学法布里-珀罗谐振，其延伸到千兆赫域中，并且提供与微谐振器的光学模式的应力-光学相互作用。虽然HBAR在现代通信中无处不在，并且经常在超导电路中使用，但这是第一次将它们集成到基于光子电路的芯片上。在光学模式内观察到的电-声-光相互作用表现出高致动线性度、低致动功率和可忽略的串扰。利用电-声-光相互作用，实现了亚纳秒转导时间的快速光学谐振调谐。通过去除硅背反射，实现了4.1和8.7 GHz的宽带声调制，3 dB带宽分别为250 MHz。这里展示的新型混合HBAR纳米光子平台允许在芯片上集成微米级声学和光子谐振器，可以立即应用于可调谐微波光子学，高带宽孤子微梳稳定，紧凑型光电振荡器以及微波到光学转换方案。此外，混合平台允许实现动量偏置，这允许实现芯片上的非互易器件，例如隔离器或循环器和拓扑光子带结构。
2019-07-23 physics.app-ph physics.optics
Enhanced self-phase modulation in silicon nitride waveguides integrated with 2D graphene oxide films
我们实验证明了增强的自相位调制（SPM）的氮化硅（Si 3 N4）波导集成与二维氧化石墨烯（GO）薄膜。GO膜集成到Si 3 N4波导使用基于溶液的，无转移的涂层方法，使膜厚度的精确控制。详细的SPM测量进行使用皮秒和飞秒光脉冲。由于GO的高克尔非线性，与未涂覆的波导相比，混合波导显示出显著改善的光谱展宽，对于具有2层GO的器件，实现了高达~3.4的展宽因子。通过将实验结果与理论拟合，我们获得了高达18.4倍的波导非线性参数的改善，并且GO的克尔系数（n2）比Si 3 N4高约5个数量级。最后，我们提供了一个理论分析的影响，GO膜的长度，涂层的位置，其饱和吸收的SPM性能。这些结果验证了片上集成2D GO膜以增强Si 3 N4器件的非线性光学性能的有效性。
2022-05-31 physics.optics
Exceptional coupling in extreme skin-depth waveguides for extremely low waveguide crosstalk
Texas Tech University（德克萨斯理工大学）；Purdue University（普渡大学）
针对光子芯片集成密度受波导串扰限制的问题，提出利用极浅表皮深度波导的奇异耦合实现串扰完全抑制，在SOI平台验证效果，可缩小芯片面积。
2020-02-24 physics.optics
GHz spiking neuromorphic photonic chip with in-situ training
本研究研发出首款硅基全栈类脑GHz光子脉冲神经网络芯片，具备原位学习等特性，在KTH数据集上准确率达80%且速度快约100倍，推动低延迟高吞吐神经形态计算发展。
2025-06-17 physics.optics
Electrical Control of Broadband Terahertz Wave Transmission with Two-Terminal Graphene Oxide Devices
碳纳米材料如碳纳米管和石墨烯已被证明是有源光电子器件的有效构建块。特别是，结晶石墨烯的奇异性质，例如线性/无间隙能量色散，为在红外（IR）和太赫兹（THz）制度下开发具有大调制深度的有源光子调制器提供了通用途径。在这里，我们展示了氧化石墨烯（GO），一种具有随机分布的分子缺陷（例如，吸附的水分子和穿孔），当结合到两端电极装置中时，可以提供不同的方式来有效地控制宽带THz传输幅度。在GO的局域杂质态（LIS）中电俘获的载流子（其来源于GO的完全随机缺陷结构）导致即使在室温下宽带THz波（0.3 ~ 2.0 THz）的透射幅度的大调制（~30%）。在宽带THz传输控制中观察到的有趣的滞后行为进一步证实了捕获的载流子在宽带THz波切换中的关键作用。通过将GO简单溶液印刷到双端电极上构造的器件架构使得能够容易地实现有源光子器件。
2015-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Supercontinuum generation in 2D graphene oxide film coated SiN waveguides
Optical Sciences Centre, Swinburne University of Technology（斯威本科技大学光学科学中心）
本研究通过在二维石墨烯氧化物薄膜覆盖的SiN波导中实现超连续谱生成，显著提升了超短脉冲的频谱展宽，展示了功能性二维材料在光子集成器件中的应用潜力。
2026-03-08 physics.optics
Scalable Feedback Stabilization of Quantum Light Sources on a CMOS Chip
研究展示了首个电子-光子量子片上系统（EPQSoC），通过片上反馈控制电路稳定量子相关光子对源，解决了硅量子光子集成电路对工艺和温度变化敏感的挑战，实现了高CAR和低g(2)(0)的稳定量子特性，为大规模量子信息处理提供了可扩展的解决方案。
2024-11-08 physics.optics quant-ph
AI assisted optimization of integrated waveguide polarizers containing 2D reduced graphene oxide
Central South University（中南大学）；Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Peking University（北京大学）
本文提出基于全连接神经网络的机器学习框架，用于优化含二维还原氧化石墨烯的集成波导偏振器性能，显著提升计算效率和预测精度。
2026-03-13 physics.optics
Massively Scalable Wavelength Diverse Integrated Photonic Linear Neuron
随着大数据、云连接和物联网对计算资源的需求不断升级，开发新的低功耗、可扩展的架构势在必行。神经形态光子学，或光子神经网络，已经成为一个可行的解决方案，直接在芯片上的有效算法的物理实现。这种应用主要是由于光的线性性质和硅光子学的可扩展性，特别是利用用于制造微电子芯片的大规模互补金属氧化物半导体（CMOS）制造基础设施。目前的神经形态光子实现源于两个范例：波长相干和非相干。在这里，我们介绍了一种新的架构，支持相干和非相干操作，以增加光子神经网络的能力和容量，与以前的演示相比，在足迹显着减少。作为一个原则的证明，我们实验证明了简单的加法和减法运算的晶圆制造的硅光子芯片。此外，我们通过实验验证了片上网络，以预测逻辑2位门AND，OR和XOR的精度分别为$96.8\%, 99\%,$和$98.5\%$。该架构与高波长并行源兼容，从而实现大规模可扩展的光子神经网络。
2022-08-25 cs.ET physics.optics
Heterogeneous back-end-of-line integration of thin-film lithium niobate on active silicon photonics for single-chip optical transceivers
South China Normal University（华南师范大学）；Chongqing United Microelectronics Center Co., Ltd（重庆联合微电子中心有限公司）；Zhejiang University（浙江大学）；Sun Yat-Sen University（中山大学）
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
Dual slow-light enhanced photothermal gas spectroscopy on a silicon chip
State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, College of Electronic Science and Engineering, Jilin University（吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室）；Department of Electrical and Electronic Engineering and Photonics Research Institute, The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学电气电子工程系及光子学研究所）；Photonics Research Center, The Hong Kong Polytechnic University Shenzhen Research Institute（香港理工大学深圳研究院光子学研究中心）
针对集成光子传感器光-气体相互作用弱的问题，本文在硅平台上提出双慢光增强光热光谱方案，通过定制光子晶体波导色散实现高检测灵敏度，为集成气体传感器提供新路径。
2025-11-11 physics.optics
High performance integrated polarizers achieved by incorporating 2D layered graphene oxide films
偏振器和偏振选择谐振腔（例如，环形谐振器、光栅）是应用于摄影、相干光检测、偏振分复用、光学传感和液晶显示器的关键部件。我们展示了波导偏振器和偏振鉴别微环谐振器（MRR）集成与二维氧化石墨烯（GO）层状薄膜。我们实现了对集成到光子器件上的薄膜的厚度、位置和尺寸的精确控制，该薄膜采用基于溶液的逐层无转移涂覆方法，结合光刻和剥离。这克服了用于2D材料的层转移方法的限制，并且是制造与2D材料结合的集成光子器件的显著进步。我们测量了不同薄膜厚度和长度与波长，偏振和功率的波导偏振器，测量了~ 53.8 dB的高偏振相关损耗（PDL）。对于GO涂覆的MRR，我们实现了8.3 dB的TE/TM偏振的消光比差。我们还提出了2D分层GO膜的线性光学性质的测量，其产生GO膜的材料损耗各向异性和膜损耗各向异性与偏振相关模式重叠的相对贡献。我们的研究结果提供了有趣的物理见解的过渡的层状GO膜从二维行为准散装样的行为，并确认高性能的GO为基础的集成偏振选择性器件。
2020-10-09 physics.optics
Silicon Optical Memory: Non-Volatile Optoelectronic Devices via Si-SiO$_2$ Hysteresis Effect
本文提出一种仅使用硅材料的新型光存储器，通过在硅-氧化硅界面引入滞回效应实现多级非易失性光数据存储，为标准硅代工工艺提供简单易行的光存储途径。
2024-01-07 physics.app-ph physics.optics
Dispersion-Engineered Terahertz Silicon Interconnects Enabling Terabit-Scale Data Links
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Westlake University（西湖大学）；Université de Lille（里尔大学）；University of Notre Dame（圣母大学）
本文提出了一种基于太赫兹硅互连的高带宽低延迟数据链，通过抑制布拉格止带实现平坦传输和低波动群延迟，从而实现1.004Tbps的总体吞吐量，为下一代AI系统和6G技术提供可扩展且节能的互连平台。
2026-05-16 physics.optics
Active silicon integrated nanophotonics: ferroelectric BaTiO3 devices
硅上复合氧化物的集成提供了扩展和增强具有新的电子、磁性和光子特性的硅技术的机会。在这些材料中，钛酸钡（BaTiO 3）是一种特别强的铁电钙钛矿氧化物，具有吸引人的介电和电光特性。在这里，我们展示纳米光子电路将铁电钛酸钡薄膜上无处不在的绝缘体上硅（SOI）平台。我们直接在SOI上生长外延单晶BaTiO 3，并设计集成波导结构，同时限制BaTiO 3层中的光和RF电场。使用片上光子干涉仪，我们提取了一个大的有效普克尔斯系数为213加上减去49 pm/V，一个值大于六倍的商业光调制器的基础上锂的钛酸盐。单片集成的钛酸钡光调制器的调制带宽在千兆赫兹制度，这是有前途的宽带应用。
2014-02-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
CMOS-compatible graphene photodetector covering all optical communication bands
光学互连正成为芯片内和芯片间通信链路中电气布线的有吸引力的替代方案。特别地，由于能够在单个芯片上成本有效地集成电子器件和光学器件，与硅互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的集成已经受到相当大的关注。虽然硅能够实现光波导和无源元件，但光电探测需要集成另一种光吸收材料。锗或化合物半导体传统上用于此目的;然而，它们与硅技术的集成面临重大挑战。最近，石墨烯已经成为光电应用（包括光电探测）的可行替代品。在这里，我们展示了一种基于石墨烯的超宽带CMOS兼容光电探测器。我们实现了多千兆赫的操作在所有的光纤通信波段，超出应变锗光电探测器，其响应度是有限的，其带隙的波长范围。我们的工作补充了最近CMOS集成石墨烯电光调制器的演示，为碳基光学互连铺平了道路。
2013-09-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
High-Bandwidth 940 nm VCSEL with Zn-diffusion for Optical Communications
National Yang Ming Chiao Tung University（国立阳明交通大学）；Hon Hai Research Institute（鸿海研究院）
本文提出一种结合仿真与实验验证的设计方法，优化940 nm VCSEL结构，实现35 GHz以上调制带宽和100 Gbit/s PAM-4传输。
2026-03-17 physics.optics
High-Responsivity Graphene-Boron Nitride Photodetector and Autocorrelator in a Silicon Photonic Integrated Circuit
石墨烯和其他二维（2D）材料已经成为宽带和超快光电探测和光学调制的有前途的材料。这些光电能力可以增强互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，用于高速和低功率光学互连。在这里，我们展示了一种基于二维异质结构的片上超快光电探测器，该异质结构由封装在六方氮化硼中的高质量石墨烯组成。耦合到硅波导的光学模式，这种二维异质结为基础的光电探测器表现出0.36 A/W的最大响应度和高速工作在42 GHz的3 dB截止。从光电流测量作为顶栅和源漏电压的函数，我们得出结论，光响应是一致的热电子介导的效果。在高于50 mW的中等峰值功率下，我们观察到与电子-声子超碰撞冷却机制一致的饱和光电流。这种非线性光响应使光学片上自相关测量具有皮秒级的定时分辨率和极低的峰值功率。
2015-07-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Versatile silicon integrated photonic processor: a reconfigurable solution for next-generation AI clusters
针对AI集群计算与通信挑战及现有硅光子芯片适配性不足问题，研究团队研发出含40个可编程单元、160余组件的可重构硅光子处理器，搭配自研软件栈实现多种AI相关功能，为光电AI集群构建奠定基础。
2025-09-03 cs.AR physics.optics
High-gain optical amplification and lasing from erbium-doped single-crystal films epitaxially grown on silicon
NTT, Inc.（日本电报电话公司）；Nihon University（日本大学）
本研究通过在硅上外延生长掺铒单晶 gadolinium 氧化物薄膜，实现了高增益光学放大和低阈值激光，为硅基光子集成电路的发展提供了新的途径。
2025-11-28 physics.optics
Spatio-spectral optical fission in time-varying subwavelength layers
本文研究超快脉冲穿过时变铝锌氧化物亚波长薄膜时的空间-光谱裂变，通过相位守恒模型统一解释空间与时间折射及光谱、能量分离。
2025-01-07 physics.optics
Microdisk modulator-assisted optical nonlinear activation functions for photonic neural networks
本文提出一种紧凑高速微盘调制器，利用电光与全光热光非线性实现多种NAFs，并在CNN手写数字分类中达到98%准确率。
2023-06-07 cs.ET physics.optics
