目前，硅波導(dǎo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了光子芯片上近紅外光信號(hào)的大規(guī)模傳輸和處理，但現(xiàn)階段的硅波導(dǎo)僅對(duì)單一頻率的光信號(hào)進(jìn)行處理，若能將波導(dǎo)的帶寬擴(kuò)展其他頻率將進(jìn)一步提高光子芯片的功能。通過集成其他架構(gòu)的波導(dǎo)進(jìn)行頻率的多路復(fù)用是現(xiàn)階段解決該問題的方法之一，但這需要根據(jù)目標(biāo)波長進(jìn)行相應(yīng)的縮放，因此在單一架構(gòu)內(nèi)進(jìn)行多波長處理的設(shè)計(jì)和集成變得非常困難。

       為了解決這一問題，美國范德比爾特大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種新型混合波導(dǎo)，該波導(dǎo)由兩種不同的半導(dǎo)體混合而成，可以同時(shí)傳輸中紅外（6.5~7 μm）和近紅外（1.55 μm）的光波，即可同時(shí)處理通信及化學(xué)光譜的數(shù)據(jù)。

       在之前的研究中，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如何制造硅波導(dǎo)以傳輸紅外頻率的光波，但當(dāng)利用相同的材料和設(shè)計(jì)對(duì)中紅外的光波進(jìn)行傳輸時(shí)，就需要擴(kuò)大波導(dǎo)的尺寸，而擴(kuò)大后的波導(dǎo)尺寸又會(huì)破壞原有的近紅外傳輸。

       在這種情況下，范德比爾特大學(xué)的工程學(xué)教授Joshua D. Caldwell等人將六方氮化硼（hBN）和硅作為異質(zhì)結(jié)構(gòu)以此完成混合波導(dǎo)的設(shè)計(jì)，他們首先將硅波導(dǎo)刻蝕到厚度為220 nm的硅基底上，然后將厚度為40 nm的hBN層轉(zhuǎn)移到硅波導(dǎo)以完成混合波導(dǎo)的制備，如圖所示，該混合結(jié)構(gòu)中的氮化硼處于類似于石墨烯結(jié)構(gòu)的最穩(wěn)定狀態(tài)，并以雙曲線聲子極化子的形式傳輸中紅外波，而硅波導(dǎo)同之前設(shè)計(jì)一樣，用以傳輸入射的近紅外波。

圖  硅-hBN異質(zhì)結(jié)構(gòu)混合光子波導(dǎo)示意圖

       Caldwell對(duì)此表示，該混合波導(dǎo)可以通過相同的外形尺寸實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同波段信號(hào)的傳輸，具有許多潛在的用途，比如可以將其用于中紅外波段的化學(xué)感測中，且在化學(xué)感測的同時(shí)還能通過近紅外波段的通道互相傳遞信息?！按送?，該混合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)還可以通過對(duì)中紅外通道的調(diào)制來修改底層硅通道的局部環(huán)境，從而提供一種主動(dòng)調(diào)制近紅外信號(hào)的方法。”

       在未來，Caldwell等人將嘗試把這種混合異質(zhì)結(jié)構(gòu)集成到功能性硅光子結(jié)構(gòu)中，例如環(huán)形諧振器和光子晶體等，以確認(rèn)他們是否也能實(shí)現(xiàn)紅外與中紅外波段的復(fù)用。

新聞鏈接：美國研發(fā)成功新型混合波導(dǎo)技術(shù)，可同時(shí)處理通信及化學(xué)光譜的數(shù)據(jù) 

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