集成光隔离器可以改善光学系统应用

哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）开发的光隔离器可以极大地改善许多实际应用的光学系统。 kdh9ftm*\  
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所有用于电信、显微镜、成像、量子光子学等的光学系统都依靠激光来产生光子和光束。为了防止这些激光器损坏和不稳定，这些系统还需要隔离器，防止光向不需要的方向传播的组件。隔离器还通过防止光线不受约束地四处反射来帮助降低信号噪声。但传统的隔离器尺寸相对较大，需要将多种材料连接在一起，这为提高性能设置了障碍。 S<!_ uq  
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现在，由SEAS的电气工程师Marko Lončar领导的一组研究人员已经开发出一种方法，可以构建一种高效的集成隔离器，该隔离器无缝集成到由铌酸锂制成的光学芯片中。他们的研究结果发表在Nature Photonics上。 .*~u  
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SEAS电气工程教授Lončar说：“我们构建了一种装置，可以让激光发射的光原封不动地传播，而向激光传播的反射光会改变其颜色并重新路由远离激光。这是通过在反射光信号的方向上发送电信号来实现的，从而利用铌酸锂的优异电光特性，其中可以施加电压来改变光信号的特性，包括速度和颜色。” <yI,cM<c  
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该论文的共同第一作者，Lončar实验室的前博士后研究员Mengjie Yu说：“我们希望为激光器创造一个更安全的环境，通过设计这条单行道，我们可以保护设备免受激光反射。据我们所知，与集成隔离器的所有其他演示相比，该器件具有世界上最好的光隔离性能。除了隔离之外，它还在所有指标（包括损耗、功率效率和可调性）方面提供了最具竞争力的性能。”
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该论文的共同第一作者，Lončar实验室的博士生Rebecca Cheng说：“这个设备的特别之处在于，它的核心非常简单，它实际上只是一个调制器。以前所有设计类似东西的尝试都需要多个谐振器和调制器。我们之所以能以如此卓越的性能做到这一点，是因为铌酸锂的特性。” eSX[J6  
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高性能和高效率的另一个原因与设备的尺寸有关，该团队在哈佛纳米系统中心建造了它，制造了一个600纳米厚的芯片，带有蚀刻（使用规定的纳米结构引导光）深达320纳米。 E<CxKY9  
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Yu说：“使用较小的设备，您可以更轻松地控制光，并将光放在更靠近电信号的位置，从而在相同的电压下实现更强的电场，能够更强大的光控制。” /;NE]{K  
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该平台的缩小尺寸和超低损耗特性也提高了光功率。程说：“由于光不必传播这么远，因此衰减和功率损失较少”。 =ym  
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最后，团队展示了该设备可以成功保护片上激光器免受外部反射。Yu说：“我们是第一个在我们的光隔离器保护下展示激光器相位稳定操作的团队”。 3$N %iE
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总而言之，这一进步代表了实用、高性能光学芯片的重大飞跃。该团队报告说，它可以与一系列激光波长一起使用，只需要反向传播的电信号即可达到所需的效果。 5Z6-R}uXk  
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该团队希望这一突破 ，以极小的规模将激光器和光子学组件集成到芯片上的更大努力的一部分，将在一系列应用中解锁新功能，从电信行业到时间频率传输，一种精确测量时间的方法原子和亚原子尺度，可能对量子研究和计算产生影响。 0L0Jc,(F+  
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Yu说：“将光学系统的所有方面集成到单个芯片上可以取代许多更大，更昂贵，效率更低的系统。结合所有这些东西可以彻底改变许多工作领域。” r*N~. tFo  
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相关链接：https://phys.org/news/2023-06-first-of-its-kind-optical-isolator.html