在光通信、計(jì)算、光探測(cè)和測(cè)距、傳感和成像方面，集成光子芯片具有巨大的應(yīng)用潛力，可提供的數(shù)據(jù)通量和低功耗。關(guān)鍵目標(biāo)之一是建立單片的片上光子系統(tǒng)，將光源、處理器和光電探測(cè)器集成在一個(gè)芯片上。然而，由于材料工程、芯片集成技術(shù)和設(shè)計(jì)方法的限制，這仍然具有挑戰(zhàn)性。鈣鈦礦具有制作簡(jiǎn)單、晶格失配容忍度高、帶隙可調(diào)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，有望與硅光子學(xué)實(shí)現(xiàn)異質(zhì)集成。

北京大學(xué)和浙江大學(xué)研究人員在Nature Photonics上發(fā)文，提出并在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了基于鈣鈦礦/氮化硅光子平臺(tái)的近紅外單片片上光子系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了集成高效發(fā)光二極管、高性能處理器和靈敏光電探測(cè)器的納米異質(zhì)集成技術(shù)。

　　第一作者：Kun Liao, Yaxiao Lian, Maotao Yu, Zhuochen Du, Tianxiang Dai.通訊作者：C. T. Chan, Rui Zhu, Dawei Di, Xiaoyong Hu通訊單位：北京大學(xué)，浙江大學(xué)Hetero-integrated perovskite/Si3N4 on-chip photonic system.  異質(zhì)集成的鈣鈦礦/Si3N4片上光子系統(tǒng)。

　　圖1: 鈣鈦礦/Si3N4片上光子系統(tǒng)的單片異質(zhì)集成方案。

　　圖2: 單片異質(zhì)集成鈣鈦礦/Si3N4片上光子系統(tǒng)的表征。

　　圖3: 2D無(wú)序Su–Schrieffer–Heeger，SSH模型中，平均手性位移averaged mean chiral displacement，AMCD計(jì)算。

　　圖4: 非線性拓?fù)淠Ｐ椭?，時(shí)間相關(guān)光子模擬。

　　圖5: 邊緣檢測(cè)和圖像分類任務(wù)。

實(shí)現(xiàn)了光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以執(zhí)行光子模擬和計(jì)算機(jī)視覺(jué)任務(wù)。這一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有效地預(yù)測(cè)了二維無(wú)序Su–Schrieffer–Heeger模型中的拓?fù)洳蛔兞?，并模擬了平均保真度為87%非線性拓?fù)淠Ｐ?。在邊緣檢測(cè)中，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)85%測(cè)試精度，在CIFAR-10數(shù)據(jù)集上，利用按比例放大的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了56%測(cè)試精度。

　　這項(xiàng)工作，解決了在芯片上集成各種納米光子元器件的挑戰(zhàn)，為芯片集成多功能光子信息處理，提供了很有前景的解決方案。

　參考文獻(xiàn)： 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng)