新型耦合機制可大大推動光子學的發(fā)展
摒棄傳統(tǒng)觀念，科學家們發(fā)現(xiàn)了一種涉及泄漏模式的新型耦合機制，這種耦合機制以前被認為不適合光子電路的高密度集成。這一驚人發(fā)現(xiàn)為高密度光子集成鋪平了道路，改變了光子芯片在光計算量子通信、光探測和測距（LiDAR）、光學計量和生化傳感等領(lǐng)域的潛力和可擴展性。 (6)|v S
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描述光在所開發(fā)的基于超材料的光學半導體的波導陣列中無串擾傳播的插圖。 5M%)*.Y
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在最近出版的《光科學與應用》（Light Science & Application）雜志上，韓國科學技術(shù)院（KAIST）電子工程系副教授 Sangsik Kim 和他在德克薩斯理工大學的學生證明，各向異性漏波可以利用亞波長光柵（SWG）超材料實現(xiàn)緊密間隔的相同波導之間的零串擾。這一與直覺相反的發(fā)現(xiàn)大大增加了橫向磁（TM）模式的耦合長度，而由于橫向磁（TM）模式的約束性較低，一直以來都是個難題。 6m9\0)R
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這項研究建立在他們之前對 SWG 超材料用于減少光學串擾的研究基礎(chǔ)之上，包括控制蒸發(fā)波的集膚深度和各向異性導波模式中的特殊耦合。最近，SWG 在光子學領(lǐng)域取得了重大進展，使各種高性能 PIC 元件成為可能。然而，TM 模式的集成密度仍然面臨挑戰(zhàn)，其串擾大約是橫向電（TE）模式的 100 倍，阻礙了高密度芯片集成。 5 yL"=3&+
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"我們的研究小組一直在探索用于密集光子集成的 SWG，并取得了顯著的改進。然而，以前的方法僅限于 TE 極化。在光子芯片中，還有另一種正交偏振 TM，它可以使芯片容量翻倍，有時比 TE 更受歡迎，例如在漸變場傳感中。"Kim 解釋說："TM 比 TE 更難密集集成，因為它的波導寬高比通常較低，限制較少。" I0bkc3
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起初，研究小組認為使用 SWG 不可能減少串擾，因為他們預計泄漏模式會增強波導之間的耦合。然而，他們把重點放在了各向異性擾動與泄漏模式的潛力上，并假設可以實現(xiàn)交叉抵消。 *Xu?(Jd
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通過對泄漏 SWG 模式的模態(tài)特性進行耦合模式分析，他們發(fā)現(xiàn)了具有類似泄漏模式的獨特各向異性擾動，從而實現(xiàn)了緊密間隔的相同 SWG 波導之間的零串擾。利用 Floquet 邊界仿真，他們在業(yè)界現(xiàn)成的標準絕緣體上硅（SOI）平臺上設計出了切實可行的 SWG 波導，與帶狀波導相比，其串音抑制效果顯著，耦合長度增加了兩個數(shù)量級以上。 Tn'o$J
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這一突破還大大降低了 PIC 內(nèi)的噪聲水平，對量子通信和計算、光學計量和生化傳感具有潛在影響。研究人員進一步強調(diào)了他們工作的廣泛意義，指出這種新穎的耦合機制可以擴展到其他集成光子學平臺和波長范圍，包括可見光、中紅外和電信波段以外的太赫茲。 [Z[ p@Ux
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這種驚人的耦合機制拓展了密集光子集成的潛力，打破了傳統(tǒng)觀念，推動了該領(lǐng)域的發(fā)展。隨著研究的不斷深入，光子學產(chǎn)業(yè)很可能會轉(zhuǎn)向密度更大、噪聲更低、效率更高的集成電路技術(shù)。
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