由微加熱器加熱的微環諧振器橫截面上的溫度和電場分佈

佐治亞理工學院的阿里·阿迪比（Ali Adibi）團隊已經成功開發出了一種碳化矽（SiC）光子整合晶片，可以通過施加電訊號對其進行熱調諧。該技術有一天可以用於建立各種可重配置的裝置，比如網路應用和量子資訊處理所需的移相器和可調光耦合器。

儘管大多數光學和計算機晶片都是由矽製成的，但由於碳化矽具有比矽更好的熱，電和機械效能，同時還具有生物相容性，並能夠在從可見光到紅外的波長下工作，因此人們對碳化矽的興趣與日俱增。

《光學快報》科學期刊詳細介紹這項如何將微型加熱器和稱為微環諧振器的光學裝置整合到碳化矽晶片上的研究。該成就代表了第一個完全整合且可熱調諧的碳化矽光學開關，它可以在近紅外波長下工作。

研究人員包括阿里·阿迪比，範天仁，吳茜和阿里·A·艾福特哈爾

該論文的第一作者吳茜（Xi Wu）說：“我們在這項工作中展示的裝置可以用作下一代量子資訊處理裝置的基礎，並可以建立生物相容的感測器和探針。”

碳化矽對於量子計算和通訊應用特別有吸引力，因為它具有可以光學控制和操縱為量子位或量子位的特點。量子計算和通訊在解決某些問題上有望比傳統計算快得多，因為資料以量子位元編碼，可以同時以兩種狀態的任意組合進行編碼，從而可以同時執行許多處理。

晶圓級製造

這項新成果建立克服了先前碳化矽平臺的一些易碎性和其它缺點，同時提供了與電子裝置整合的簡便可靠的途徑。

研究團隊成員範天仁（Tianren Fan）說：“我們小組開創的絕緣體上碳化矽平臺類似於在半導體行業中廣泛用於各種應用的絕緣體上矽技術。”

研究團隊成員阿里·A·艾福特哈爾（Ali A. Eftekhar）表示：“它可以實現碳化矽器件的晶圓級製造，為實現基於碳化矽的整合光子量子資訊處理解決方案的商業化鋪平了道路。”

充分利用新平臺的獨特功能需要開發調整其光學特性的能力，以便可以使用基於單個晶片的結構來提供不同的功能。研究人員利用熱光效應來實現這一目標，在熱效應中，改變材料的溫度會改變其光學特性，例如折射率。

他們首先使用晶體絕緣體上的碳化矽技術製造微小的環形光學腔或微環諧振器。在每個諧振器中，圍繞環傳播的某些波長的光（稱為諧振波長）將通過相長干涉來增強強度。然後，可以使用諧振器控制耦合到它的波導中的光的幅度和相位。為了建立具有高度控制性的可調諧振器，研究人員在微環頂部製造了電加熱器。當電流施加到整合式微型加熱器時，由於熱光效應，它會區域性提高碳化矽微環的溫度，從而改變其諧振波長。

測試整合裝置

研究人員通過施加不同水平的電功率，然後測量耦合到微環諧振器的波導的光傳輸，測試了製造的整合微環諧振器和微加熱器的效能。結果表明，可以通過一種堅固的器件來實現具有低功率熱可調性的高品質諧振器，該器件可以使用現有的半導體鑄造工藝來製造。

團隊負責人阿迪比說：“結合我們的絕緣體上晶體碳化矽平臺的其他獨特功能，這些基本器件對實現可在各種波長範圍內工作的新型晶片級器件滿足基本要求。這種晶片級可調性對於執行量子計算和通訊所需的量子運算至關重要。此外，由於碳化矽的生物相容性，它對於體內生物感測可能非常有用。”

研究人員現在正在努力利用用於量子光子積體電路的晶體絕緣體上碳化矽平臺來構建元件，其中包括片上泵浦鐳射器，單光子源和單光子檢測器，它們可與可調諧微環諧振器一起使用以建立完整的用於高階光學量子計算的功能晶片。