研究人員們展示了首個完整整合的碳化矽光學開關，可以根據不同的功能進行熱調諧

據悉，佐治亞理工學院的研究人員們已經研製出了一種可通過施加電訊號進行熱調諧的碳化矽(SiC)光子整合晶片。這種方法有一天可能會被用於建立大量可重構裝置，如用於網路應用和量子資訊處理的移相器和可調光耦合器。

儘管大多數光學和計算機晶片是由矽製成的，但人們對碳化矽的興趣越來越大，因為它比矽具有更好的熱、電和機械效能，同時具有生物相容性，可以在從可見光到紅外線的波長範圍內工作。在光學學會(OSA)的《光學快報》雜誌上，佐治亞理工學院的Ali Adibi領導的研究人員詳細介紹了他們如何將微型加熱器和一種稱為微環諧振器的光學裝置整合到SiC晶片上。該成就意味著首次實現了完全整合和熱可調的工作在近紅外波長的SiC光學開關。

論文的第一作者吳曦(音)說：“我們在這項工作中展示的這樣的裝置，可以作為下一代量子資訊處理裝置的積木，也可以用來製造生物相容的感測器和探針。” SiC對量子計算和通訊應用特別有吸引力，因為它有缺陷，可以像量子位元一樣被光學控制和操縱。在解決某些問題方面，量子計算和通訊有望比傳統計算快得多，因為資料是用量子位編碼的，可以同時處於兩種狀態的任意組合，從而允許同時執行多個程序。

晶片級的製造業

這項新工作建立在研究人員之前開發的一種名為“晶化SiC-on-絕緣體”的平臺的基礎上，該平臺克服了之前報道的SiC平臺的一些脆弱性和其他缺陷，同時為整合電子裝置提供了一種簡單可靠的途徑。

研究團隊成員表示，他們團隊率先開發的絕緣體上矽平臺類似於半導體行業廣泛應用的絕緣體上矽技術，這使地SiC器件的晶圓級製造成為可能，為基於SiC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，以便使用單個基於晶片的結構來提供不同的功能。研究人員利用熱光學效應實現了這一目標。熱光學效應是指改變一種材料的溫度會改變其光學特性，比如折射率。

他們首先利用晶化矽絕緣體技術，製造微小的環形光學腔或微環諧振器。在每個諧振器中，特定波長的光即所謂的諧振波長，在環上執行時，會通過相長干涉增強強度。然後，諧振器可以用來控制與之耦合的波導中光的振幅和相位。為了製造一個可調的、高度可控的諧振器，研究人員在微晶片上製作了電加熱器。當電流被施加到整合的微加熱器上時，由於熱光學效應，電流區域性增加了碳化矽微環的溫度，從而改變了其諧振波長。

圖為研究人員利用絕緣體上的矽碳化合物平臺，創造了第一個熱可調光開關。原理圖顯示了他們的量子光子學積體電路晶片的概念。插圖顯示了由微加熱器加熱的微環諧振器截面上的溫度和電場分佈。

測試整合裝置

研究人員測試了製作的整合微環諧振器和微加熱器的效能，通過施加不同水平的電力，然後測量耦合到微環諧振器的波導的光學傳輸。他們的結果表明，可以通過現有的半導體鑄造工藝製造出高品質的低功率熱可調諧諧振器。

“與我們的晶晶矽絕緣體平臺的其他獨特功能相結合，這些高品質的裝置具備了使新的晶片級裝置能夠在寬波長範圍內工作的基本要求，”團隊負責人阿里·阿迪比(Ali Adibi)說。這種晶片級別的可調性對於執行量子計算和通訊所需的量子操作是必不可少的。此外，由於碳化矽的生物相容性，它可能是非常有用的體內生物感測材料。

研究人員目前正在努力構建SiC晶體絕緣平臺量子光子積體電路，包括片上泵鐳射、單光子源和單光子探測器，這是一個可以用可調微環諧振器來建立的功能齊全的先進光學量子計算晶片。這項工作是該團隊三年來廣泛研究的結果，利用這項技術可以形成了一個可靠的混合平臺，大大改善了碳化矽材料的效能，並以此來製造新的裝置。