北大科研团队Nature发表重要成果,有望大幅推动光子芯片技术发展

2020-04-23北京大学科研青塔

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摘要:2020年4月22日,北京大学信息科学技术学院电子学系、区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室彭超副教授课题组与麻省理工学院物理学系MarinSoljačić教授、宾夕法尼亚大学物理与天文学系甄博助理教授合作的相关成果于《自然》在线发表。北京大学电子学系2015级博士研究生尹雪帆为第一作者,彭超为通讯作者。

2020年4月22日,北京大学信息科学技术学院电子学系、区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室彭超副教授课题组麻省理工学院物理学系MarinSoljačić教授、宾夕法尼亚大学物理与天文学系甄博助理教授合作的相关成果于《自然》在线发表。北京大学电子学系2015级博士研究生尹雪帆为第一作者,彭超为通讯作者。

论文针对集成光子器件研究中,分布式布拉格光栅反射镜、金属反射镜体积大、结构复杂、加工难度高,还会引入额外的损耗和色散的问题,从拓扑光子学视角提出一种在单层硅基板上不依靠反射镜而实现定向辐射的新方法

彭超等人从拓扑荷操控出发,在光子晶体平板中实现了单向辐射的特殊谐振态,即单侧辐射导模共振(unidirectional guided-resonance,UGR)态,在一维光子晶体中通过倾斜侧壁同时破缺结构垂直对称性和面内对称性,使体系中连续区束缚态所携带的整数拓扑荷分裂为一对半整数拓扑荷,并在平板上、下两侧表面产生大小不等的辐射。

此时,维持对称性破缺,通过调控参数将一侧表面的成对半整数拓扑荷重新合并成整数拓扑荷,形成不依赖镜面仅朝一个表面辐射能量的UGR态。

通过操控拓扑荷演化,实现单向导模共振态

联合课题组利用自主发展的倾斜刻蚀工艺制备样品,实验上观测到非对称辐射比高达27.7dB;这就意味着超过99.8%的光子能量朝一侧定向辐射,较传统设计提高了1~2个数量级,从而有力证明了单向辐射导模共振态的有效性和优越性。

该技术有望显著降低片上光端口的插入损耗,大幅推动高密度光互连和光子芯片技术的发展。

人物介绍

彭超,北京大学信息科学技术学院电子学系、区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室副教授。2004和2009年先后在北京大学取得物理学学士学位和通信与信息系统专业博士学位。2009至2011年在京都大学任日本学术振兴会海外特别研究员(JSPS postdoctoral fellow)。专注于光纤传感器件和系统、纳米光电子学器件及应用的研究。2019年获国家自然科学基金优秀青年科学基金项目资助。

本文转载自:北京大学。文章为作者独立观点,不代表青塔立场,转载请联系原作者。

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