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可配置电路技术有望扩展硅光子应用

华盛顿—研究人员已经开发出一种新的方法，可以在硅光子芯片上构建功率高效的可编程集成开关单元。通过允许批量制造通用光学电路，然后对其进行编程以用于特定应用，例如通信系统，LIDAR电路或计算应用，该新技术有望降低生产成本。

南安普敦大学的研究小组成员Xia Chen说："硅光子学能够将光学设备和先进的微电子电路全部集成在一个芯片上。" "我们希望可配置的硅光子电路能够大大扩展硅光子的应用范围，同时还能降低成本，从而使这项技术对消费类应用更加有用。"

图片说明：研究人员开发了一种制造可配置硅光子电路的方法。他们用它来制造一个1 X 4可编程光子开关电路，该电路在四个端口(P1-P4)(a)之一上产生输出，并在一个2 X 2光子开关电路上具有两个输出端口(P1，P2)(b)。 。

在《Optics Express》上，由格雷厄姆·里德(Graham Reed)领导的研究人员展示了这种开关单元中的新方法，该方法可以用作构建更大的基于芯片的可编程光子电路的基础。

"我们开发的技术将具有广泛的应用范围，" Chen说。"例如，它可以用于制造集成的传感设备以检测生化和医学物质，以及用于高性能计算系统和数据中心中使用的连接的光收发器。"

研究人员已经开发出一种新的方法来在硅光子芯片上构建省电且可编程的集成开关单元。通过允许批量制造通用光学电路，然后对其进行编程以用于特定应用，例如通信系统，LIDAR电路或计算应用，这项新技术有望降低生产成本。

南安普敦大学的研究团队成员Xia Chen说："硅光子技术能够将光学器件和先进的微电子电路全部集成在一个芯片上。" "我们希望可配置的硅光子电路能够大大扩展硅光子的应用范围，同时还能降低成本，从而使这项技术对消费类应用更加有用。"

这项新工作是建立在早期研究的基础上的，在该研究中，研究人员通过将锗离子注入硅中，开发出了一种可擦写的光学组件，称为光栅耦合器。这些离子引起损伤，从而改变该区域中硅的折射率。然后可以使用通过激光退火工艺加热局部区域来使折射率反转并擦除光栅耦合器。

研究人员应用了相同的锗离子注入技术来创建可擦写的波导和定向耦合器，这些组件可用于制造可重配置的电路和开关。这是首次在硅中创建亚微米级可擦写波导。

Chen说："我们通常认为离子注入会在光子集成电路中引起大量的光损耗。" "但是，我们发现，精心设计的结构和使用正确的离子注入配方可以创建波导，该波导以合理的光损耗传输光信号。"

他们通过使用南安普敦大学基石制造铸造厂设计和制造波导，定向耦合器以及1 X 4和2 X 2开关电路，展示了这种新方法。在用激光退火编程之前和之后测试的来自不同芯片的光子器件显示出一致的性能。

因为该技术涉及通过一次性操作物理地改变光子波导的路由，所以在编程时不需要额外的功率来保持配置。研究人员还发现，使用局部集成加热器的电退火以及激光退火可用于对电路进行编程。

研究人员正在与一家名为ficonTEC的公司合作，通过使用常规的晶圆探测器(晶圆测试机)开发出一种在晶圆级应用激光和/或电退火工艺的方法，从而使该技术在实验室外变得实用，从而使数百或数千个芯片可以自动编程。他们目前正在努力将激光和电退火工艺集成到这种晶圆级探针中(该探针在大多数电子光子铸造厂中都可以找到)，正在南安普敦大学进行测试。

图片说明：研究人员开发了一种晶片级探针，正在南安普敦大学进行测试(左)。该探测器可以自动且准确地执行光学和电气设备测试以及激光退火，每个设备的平均速度不到30秒。右图显示了用于自动测量的软件驱动定位台(右上)和位于8英寸晶圆顶部的输入/输出光纤(右下)的详细信息。