光子橋接技術(shù)優(yōu)化量子光子芯片 。近期，牛津大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出了一種制造技術(shù)，這一技術(shù)能夠在同個(gè)芯片中快速產(chǎn)生波導(dǎo)。該芯片具有精確控制的3D截面，還能夠沿波導(dǎo)顯示出不斷變化的行為；而其波導(dǎo)則具有非常低的損耗，有望用于光子和/或量子芯片的設(shè)計(jì)。 

       光子橋接在光子晶體集成電路的基本元件中，有微米尺度的光波導(dǎo)。這些元件類(lèi)似于傳統(tǒng)電子集成電路中的半導(dǎo)體二極管。由于制作工藝的限制，以往的光波導(dǎo)僅限于二維正方形、橢圓形和圓形截面結(jié)構(gòu)。目前的選擇是有限地生產(chǎn)這些波導(dǎo)，以顯示低損耗和精確的三維截面變化。 

具有不同截面的“球形相位誘導(dǎo)多核波導(dǎo)”（SPIM-WGs）可實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，它提供了任何形狀的光學(xué)模式轉(zhuǎn)換能力，只受限于衍射限制的制造激光焦點(diǎn)的大小，這項(xiàng)技術(shù)在光子和/或量子芯片設(shè)計(jì)方面顯示出了希望。 

       上述研究是與倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的科學(xué)家一起進(jìn)行的，他們打造了一種稱(chēng)為“球形相位誘導(dǎo)多核波導(dǎo)”(SPIM-WGs)的技術(shù)。該方法將具有連續(xù)可變?nèi)S截面的光波導(dǎo)有效地制作在芯片上?；谧赃m應(yīng)光學(xué)，科學(xué)家們使用這種方法產(chǎn)生可變截面，包括圓形、方形、環(huán)形和許多其他復(fù)雜形狀。每個(gè)軸上的橫截面控制精度可以降低到數(shù)百納米。對(duì)于單個(gè)波導(dǎo)，截面形狀沿波導(dǎo)本身變化。  

       研究人員們觀察到，在精確的形貌變化過(guò)程中，波導(dǎo)表現(xiàn)出非常低的傳輸損耗，約為-0.14dB/cm，當(dāng)通過(guò)芯片傳輸1cm時(shí)，光功率的損耗僅為3%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步表明，截面變化引起的額外傳輸損失幾乎可以忽略不計(jì)。 

       傳統(tǒng)的硅上硅方法需要大約一個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)生產(chǎn)波導(dǎo)。而相比之下，SPIM-WGs則能夠在幾分鐘內(nèi)達(dá)成這一目的。 

       理論上，SPIM-WGs可以提供任意形狀的光學(xué)模式轉(zhuǎn)換能力，僅受限于衍射限制的激光聚焦尺寸。實(shí)驗(yàn)證明，SPIM-WGs可以很容易地在一系列光電芯片中實(shí)現(xiàn)高斯光模式和橢圓光模式之間的轉(zhuǎn)換。其中Z重要的應(yīng)用是pp-KTP波導(dǎo)和單模光纖之間的模式轉(zhuǎn)換，用于橋接量子光源和量子芯片。 

       目前，量子光源中的pp-KTP波導(dǎo)必須直接連接到單模光纖上，這樣會(huì)損失約25%-30%的光強(qiáng)。而如果采用SPIM-WGs制作的模式轉(zhuǎn)換波導(dǎo)進(jìn)行橋接，預(yù)計(jì)光強(qiáng)損耗可降低到10%以下。這將大大提高大多數(shù)量子芯片的效率。 

       此外，基于模式轉(zhuǎn)換的功能，SPIM-WGs可以連接到單模光纖，耦合效率高達(dá)95%。這使得SPIM-WG器件可以很容易地與大多數(shù)現(xiàn)有的光子器件相結(jié)合。研究人員還發(fā)現(xiàn)，彎曲在90°的矩形截面波導(dǎo)甚至可以控制光的偏振，這為各種光子和量子應(yīng)用提供了希望。