光是如何在光子集成电路中传播的？

(a)光子器件内传播波成像实验装置的示意图。1550 nm信号脉冲(橙色)通过光栅耦合到绝缘体上硅(SOI)波导中，而780 nm泵浦脉冲(红色)使用长工作距离物镜聚焦到器件上。当两个脉冲在时间和空间上重叠时，会产生非线性波(绿色)，通过二向色镜(DM)与泵浦分离，并由标准CMOS相机收集。P、F和/2分别表示线性偏振器、光谱滤波器和/2波片。(b)轴定义和泵浦光束(垂直入射)、信号光束(沿波导引导)和非线性产生的光束(根据信号波的波矢量以一定角度反射)的传播方向。(c)单波导截面。

光子集成电路领域专注于光子元件的小型化及其在光子芯片中的集成——光子芯片是一种使用光子而不是电子进行一系列计算的电路。

硅基光子学是一个发展中的领域，与数据中心、人工智能、量子计算等密切相关。它使芯片的性能和成本效益比得到了巨大的改善，因为它基于电子领域芯片中相同的流行原材料。

然而，尽管受益于发达的光刻生产工艺，该工艺能够精确生产所需的器件，但这些仪器尚不能精确绘制芯片的光学特性。这包括其内部的光运动——由于器件的微小尺寸，很难对制造缺陷和不准确的影响进行建模，因此这是一种至关重要的能力。

来自以色列理工学院安德鲁和埃尔纳维特比电气与计算机工程学院的研究人员发表了一篇新文章，以应对这一挑战，展示了芯片上光子电路的高级光成像。该研究发表在《光学》杂志上，由高级光子研究实验室负责人盖伊·巴塔尔教授和博士生马坦·伊鲁兹领导，并与阿米尔·罗森塔尔教授的研究小组合作。研究生科比·科恩、雅各布·海尔丁、约阿夫·哈赞和沙伊·特塞斯也参与了这项研究。

研究人员利用硅的光学特性来绘制光的传播图，而不需要任何形式的侵入性动作，这种侵入性动作会扰乱或改变芯片。这个过程包括绘制光波的电场，并定义影响光运动的元素——波导和分束器。

该过程提供了光子芯片内部光的实时图像和视频记录，无需损坏芯片，也不会丢失任何数据。这种新过程有望改善光子芯片在电信、高性能计算、机器学习、距离测量、医学成像、传感和量子计算等各个领域的设计、生产和优化过程。

审核编辑 黄宇