基于自由载流子色散效应的片上全光非互易器件，用于短脉冲隔离器

《Laser & Photonics Reviews》：On-Chip All-Optical Nonreciprocal Device for Short-Pulse Isolator Based on Free Carrier Dispersion Effect

硅基非reciprocal芯片利用自由载流子色散实现短脉冲处理，面积仅100微米2，传输比25dB，插入损耗1.65dB，在LiDAR中验证了隔离性能，可提升空间分辨率并优化光器件集成密度。

　　

摘要

芯片级非互易器件（如隔离器和环形器）在光通信、全光信号处理以及激光雷达系统中至关重要，因为它们具有体积小、可制造性强和便携性好等优点。能够处理短光脉冲的器件尤为理想，因为这可以降低能耗、提高处理速度，并提升测距的分辨率和精度。在这项研究中，我们提出了一种新型的全光、无源、无偏置的非互易硅芯片，该芯片利用了高速自由载流子色散效应，为短脉冲非互易硅器件的发展开辟了新的前景。这种不对称且可扩展的硅谐振器采用标准CMOS技术制造，尺寸仅为100微米平方（100 μm2），实现了25分贝（25 dB）的非互易传输比和低至1.65分贝（1.65 dB）的插入损耗。在入射峰值功率为9.3至234.4毫瓦（9.3 to 234.4 mW）的1纳秒（1 ns）脉冲作用下，观察到了0.05纳米（0.05 nm）的明显蓝移现象。此外，该器件被用作激光雷达中的芯片级隔离器，表现出良好的隔离性能和测量一致性。这种针对短脉冲优化的非互易器件可以通过缩短反射安全距离（reflecting-safe distance）显著提升激光雷达的空间分辨率或增加芯片集成密度。因此，这项研究为高性能芯片级激光雷达以及高密度光处理和通信器件的发展奠定了基础。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。