三维集成实现超低噪声、无隔离器的硅光子学
应用物理
2023-01-25 v1 光学
摘要
尽管光子集成电路(PICs)正被广泛应用于电信和数据中心互连等应用中，但能够在高精度、高相干应用中替代体光学和光纤的 PICs，需要将超低噪声激光源以紧凑且稳健对准的形式——即单芯片上——与其他光子组件集成。此类 PICs 可为复杂功能和批量生产提供优越的可扩展性，以及随时间改善的稳定性和可靠性。然而，有两个主要问题阻碍此类设想 PICs 的实现：半导体激光器的高相位噪声，以及光隔离器直接片上集成的困难。尽管 PICs 在尺寸、重量、功耗和成本(SWaPC)方面具有优势，在微波合成器、光学陀螺仪和原子钟等光学系统中仍被视为劣等方案。在此，我们通过引入硅光子学中的三维(3D)集成来挑战这一惯例，其实现了超低噪声、无隔离器的 PICs。通过多次单片和异质加工序列，展示了 III-V 增益和超低损耗(ULL)氮化硅(SiN)波导（光损耗约 0.5 dB/m）的片上直接集成。因此，所展示的 PIC 进入一个新 regime，使得集成超高-Q 腔将激光噪声降低至接近光纤激光器的水平。此外，该腔作为对任何下游片上或片外反射引起失稳的有效阻挡，从而消除了对光隔离器的需求。我们进一步展示了使用同一硅芯片上两个超低噪声激光器的无隔离器、宽调谐、低噪声外差微波生成。
引用
@article{arxiv.2301.09989,
title = {Three-dimensional integration enables ultra-low-noise, isolator-free Si photonics},
author = {Chao Xiang and Warren Jin and Osama Terra and Bozhang Dong and Heming Wang and Lue Wu and Joel Guo and Theodore J. Morin and Eamonn Hughes and Jonathan Peters and Qing-Xin Ji and Avi Feshali and Mario Paniccia and Kerry J. Vahala and John E. Bowers},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.09989},
year = {2023}
}