日前，瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)和普渡大學的研究人員展示了一種將壓電式氮化鋁技術與超低損耗氮化硅集成光子學相結合的芯片聲光調制方法。

這種混合電路能夠在超低功率的光子波導上實現寬帶驅動，因為它保持了氮化硅電路的超低損耗。目前，氮化硅已經成為芯片級、基于微諧振器的光學頻率梳的主要材料。

研究人員將由氮化鋁和硅光子晶片制成的微機電系統(MEMS)傳感器集成在一起，以調制兆赫到千兆赫的高頻孤子微梳。他們在氮化硅光子電路上制作了壓電氮化鋁執行器，并對其施加電壓信號。信號以電學方式誘發體聲波。聲波調制氮化硅電路中產生的微梳。

圖片來源：洛桑理工學院

通過在超低損耗氮化硅光子電路上單片集成氮化鋁致動器，研究人員展示了電壓控制的孤子激發、調諧和穩定的兆赫帶寬。

普渡大學的研究員Hao Tian制作了MEMS傳感器，并將其與洛桑理工學院開發的氮化硅光電子片集成在一起。研究人員使用混合系統演示了兩個獨立的應用程序。首先，他們展示了基于微梳的大規模并行相干激光雷達的優化。這種方法可以為由CMOS微電子電路驅動的芯片激光雷達引擎提供一條新路徑。

其次，他們通過時空調制氮化硅微諧振器來制造無磁光學隔離器。Tian說：“對體聲波的嚴格垂直限制防止了交叉效應，執行器因此可以被近距離放置，這是實現p-i-n硅調制器的挑戰。”

圖片來源：洛桑理工學院

電路采用CMOS兼容的鑄造工藝制造，這種工藝是集成的，令該技術在商業上更加可行。研究人員說，MEMS傳感器是在氮化硅光子晶片上制造的，加工過程非常簡單。EPFL研究員Junqiu Liu說：“這一成就是微梳技術、集成光子學、微機電系統工程和非線性光學的一個新里程碑。通過利用壓電和大量聲光相互作用，它使芯片上的光調制具有前所未有的速度和超低功耗。”

這項新技術將推動微梳技術在空間、數據中心、便攜式原子鐘等電力關鍵系統或極端環境(如低溫環境)中的應用。