电控手性可调纳米光子界面，有望简化光子集成电路（PIC）的集成
2022-03-30 09:44:38 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
这种手性纳米光子界面可使光子集成电路（PIC）更容易集成到激光雷达（LiDAR）等测绘系统、生物传感器以及其他技术应用中。该手性纳米光子界面为PIC提供了一种在纳米尺度引导光线的方法。
手性纳米光子界面使导光模式和圆二色性材料间传播方向相关的相互作用成为可能。界面手性的电调谐将有助于在片上光电和光子电路中实现主动、可切换的非互易性，不过这仍然是一个突出的挑战。
据麦姆斯咨询报道，美国芝加哥大学的一支研究小组报道了一种具有原子厚度单层二硒化钨（WSe₂）纳米光子界面的电控手性技术。这种手性纳米光子界面可使光子集成电路（PIC）更容易集成到激光雷达（LiDAR）等测绘系统、生物传感器以及其他技术应用中。该手性纳米光子界面为PIC提供了一种在纳米尺度引导光线的方法。
手性纳米光子TMDC界面
PIC通常使用光隔离器来控制光的方向。这些器件可以防止光线重新进入系统并影响系统的稳定性，不过，它们通常需要大尺寸的组件，这使得构建小型化PIC非常困难。
芝加哥大学的研究人员直接在氮化硼（BN）包覆的WSe₂表面制备了二氧化钛（TiO₂）波导，将限制在纳米光子波导中的光与原子厚度的二维半导体材料整合。WSe₂的能带结构特性使其能够以各种方式与光相互作用，具体取决于光偏振的螺旋性。
界面静电调谐
研究人员Robert Shreiner说：“我们找到了一种整合光子器件和二维半导体材料的可扩展方法，能够增加新的控制手段，并保持敏感材料的高质量。这种纳米光子界面为设计超紧凑单向光子器件打开了新的大门。”
研究人员可以通过添加电子来打开和关闭光子界面的偏置耦合，以构建微米尺度的可调谐发射路由。
谷极化的栅极依赖
WSe₂与光子波导耦合后，进入波导的激子态光致发光可以在平衡发射和定向偏置发射之间进行电切换。这利用了WSe₂中激子态的掺杂相关谷极化。这种纳米光子波导还可以作为扩散激子通量的近场源，显示源自界面手性的谷极化和自旋极化。
谷（自旋）极化激子通量的光子泵浦
该光子界面的纳米级设计及其可调性可以实现更紧凑的PIC，更易于集成到计算系统和自动驾驶等光电子应用中。这种光子界面还有可能开发用于自动驾驶激光雷达导航系统的片上激光器。在这种用例中，光子元件将被配置为超紧凑的片上光隔离器，无需大型组件即可保护激光系统。
领导这项研究的Alex High教授说：“我们认为这项研究为开发全新的PIC铺平了道路。”
最终，这种纳米光子界面可以使PIC更易于集成到基于光而不是电的光学计算机中，从而相比传统计算机使用更少的能量，产生更少的热量。
“我们已经在利用光子学通过光纤网络在全球传输信息，这项新技术有助于完全控制纳米级的光流，从而实现片上光网络。”研究员Kai Hao说。
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