一种由光改进的光学芯片。

随着技术日益向小型化和节能方向发展，电子芯片的发展也日趋先进。光以及更广泛的光在制造紧凑的便携式芯片方面发挥着作用。最近，由Camille Brès教授领导的光子系统实验室的研究人员成功地应用了一种新原理，将二阶光学非线性引入氮化硅芯片。这项研究首次发表在《Nature Photonics》杂志上。

不同颜色的光

激光本身不是绿色，但为什么研究人员制造出了绿色的激光笔呢？对此，Camille Brès教授有解答。他说：

“绿色的激光特别难以制造，所以我们改变了现有激光器的频率。它发射的频率是绿色的一半，通过晶体中的非线性使其加倍，便得到了绿光。我们的研究包括集成这一功能，但在芯片上，可以与标准技术开发的电子产品(CMOS)。多亏了它，我们将能够有效地在芯片上产生不同颜色的光，”这种演示的方法以前从未实现过。

目前兼容CMOS工艺的光子芯片使用标准的光子材料，如硅，它不具有二阶非线性，因此本质上不能以这种方式转换光。“事实证明，这是技术进步的一个障碍。”这位教授补充道。

氮化硅微谐振器的光诱导准相位匹配图。

一个放大器戒指

工程学院的科学家们开发了一种诱导非线性的技术，用来在通常不可能做到的地方转换光。此外，为了使这种转换有效，他们使用了一种谐振器——一种可以放大光的非线性过程的环形结构。氮化硅谐振器技术由EPFL创立，已由Ligentec SA公司商业化。光能在谐振器中循环很长时间，使它具有非常低的损耗。引入谐振器的光被捕获，并传播非线性相互作用增加所需的时间。“非线性来自于光和物质之间的相互作用。如果要使流程具有功能性和效率，这个交换必须很长。然而，芯片是一个很小的物体，我们不能从远距离中受益。”研究人员之一edgar Nitiss博士解释道。

AOP的实验。

高速公路上有两辆车

“由于这种技术，芯片的效率大大提高。但是新的限制被强加了。当使用谐振器时，我们在可用的颜色方面受到限制。”Camille Brès说，“事实上，非线性效应的有效性也取决于不同相互作用的颜色之间的相位一致性，然而它们不可避免地有不同的传播速度。就像高速公路上的两辆车。我们希望在快车道上的一辆能减速，而另一辆能加速，这样它们就能紧靠在一起，相互影响。”

通过可重构准相位匹配χ(2)光栅产生SH。

“在谐振器中，这通常只在非常有限的情况下才能实现。研究人员找到了一个解决方案，以避免这种限制，并提供了几种颜色的范围。在谐振器中，光波传播，产生相干相互作用，改变材料的性质。结构的自组织以全光学的方式实现，自动补偿相位失配而不管输入颜色。因此，我们绕过了谐振器的关键限制，同时仍然受益于其强大的效率提高。”研究人员总结道。

146 GHz Si3N4微谐振器中基于泵浦和SH4模相互作用的SH产生和χ（2）光栅特性。

来源：Optically reconfigurable quasi-phase-matching in silicon nitridemicroresonators, Nature Photonics (2022). DOI: 10.1038/s41566-021-00925-5