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铁电多级非易失光学相移器

IBM欧洲研究院的Jacqueline Geler-Kremer教授课题组基于BaTiO3薄膜与硅波导的集成，制备了一种铁电多级非易失光学相移器。相关成果以“A ferroelectric multilevel non-volatile photonic phase shifter”为题，在Nature Photonics上发表。

为了解决光计算问题，近年来出现了一种新型的可编程集成光子电路。光子神经计算和量子计算是光学系统应用于复杂光子电路的范例，它们在操作前和操作中可被重新配置。然而，目前仍然缺少实现高效可重构光网络架构的关键单元：非易失性光相移器。作者在本研究中实现了这种器件，它是一种基于BaTiO3薄膜与硅波导的单片集成元件，并可与硅光子学相兼容。作者利用电信号控制BaTiO3中的铁电畴，实现了模拟和非易失性光学相位调谐，并且没有引起吸收变化。作者进一步展示了一种八阶、长稳定寿命的光子器件，其可实现无损光学读出，且开关能量可低至4.6 pJ。本文结果为集成光子学工具包提供了一种新的模拟非易失性光子元件，可用于实现新一代节能可编程光子电路。

文章信息：

Geler-Kremer, J., Eltes, F., Stark, P. et al. A ferroelectric multilevel non-volatile photonic phase shifter[J]. Nat. Photon., 2022, 16, 491–497.

DOI: 10.1038/s41566-022-01003-0

用于工作在近红外波长的硅光子电路的超高响应波导耦合光功率监测器

过去十年来，硅光子学的快速发展使在硅晶片上制造大规模光子电路成为可能，并被广泛应用于数据中心的光学互连器件。除了光纤通信，如深度学习、量子计算和传感Si可编程光子电路等许多应用正在出现，这些应用中集成了许多可以控制光相位的光学移相器。为了达到特定的目的而重新配置光子电路，准确地设置所有移相器的相位值是至关重要的。由于器件制造过程中的变化，移相器的初始相位误差是不可避免的，因此准确的初始化和设定目标相位值是可编程光子电路的关键问题。

通过监测光子电路的输出来配置相移器的方法有很多种，其中最简单并且最可靠的方法是在一个光子电路中集成多个光功率监测器。在硅光子电路中，由于光电流的内部增益使其具有较高的响应率，因此光电晶体管是一种很有前途的光功率监测器。然而，最先进的波导耦合光电晶体管的响应率低于103A/W，这不能用来探测低功率的光。

近日，日本东京大学的Mitsuru Takenaka教授团队提出了一种工作在1.3 μm波长的波导耦合光晶体管，它由硅波导上的InGaAs超薄通道作为栅极。在InGaAs超薄通道下方的Si波导栅极可以有效控制晶体管电流，而不受栅极金属的光学吸收影响。因此，该光电晶体管在波导耦合光电晶体管中达到了最高106A/W的响应率，并能够检测到在Si波导中传播的621 fW的光。相关工作发表在《Nature Communications》上。

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