Optica |?基于可重构光子集成芯片的空间光幅度与相位检测器

论文导读

      光子集成电路在许多工程应用中发挥着举足轻重的作用，其中基于可重构马赫-曾德干涉仪（MZI）网格的光子芯片尤为突出，因为它们能对光信号进行主动处理，这满足了通信到信号、信息处理以及传感器应用等不同领域的需求。最近，来自格拉茨大学等科研人员通过精心设计的输入接口对自由空间光束进行光学采样并随后在基于干涉仪的光子网络内进行片上处理实现了空间光幅度和相位的空间分辨检测器，该工作“Spatially resolving amplitude and phase of light with a reconfigurable photonic integrated circuit”发表在光学顶级期刊Optica上，该器件的提出为现代科学技术中空间光幅度、相位和偏振敏感测量提供了全新的思路。

研究背景

      光子集成电路(PIC)的整体尺寸和复杂性不断增加，特别是可重构PIC越来越多地用于在光子芯片上进行主动的光信号处理，为许多应用铺平了道路，其中一个重要研究方向是基于可重构PIC的空间光幅度与相位分析。可重构PIC利用光栅耦合器将自由空间光耦合到PIC中，由此得到的空间分辨探测器由对光场偏振敏感的光栅耦合器和能够测量相对幅度和相位的处理单元（MZI可编程网络）组成。以空间分辨的方式将各种光场参数的测量组合到一个单一且全集成的平台中，使器件获得远远超出现有探测器技术的能力。

技术突破

      本工作将光栅耦合器与可重构PIC技术进行结合，实现了空间光幅度和相位的空间分辨检测器。首先利用光栅耦合器充当感光的像素点；将光栅相对于局部径向以±45°的交替角度排列，以此使得相邻像素对不同的偏振分量敏感；光波从光栅耦合器入射后进入到片上的可重构MZI网格；MZI网格呈二叉树结构排列，由连续的干涉仪组成，通过扫描每个单独的MZI上的移相器，能够对两个波导中的光进行相对测量，以此获得两束光波的相位和幅度之间的关系。

观点评述

      本工作利用可重构光子集成芯片实现了空间光幅度与相位检测器，将光栅耦合器作为感光像素，从而实现空间分辨的偏振测量，同时利用MZI可编程网格实现光波幅度和相位的解调。光子集成技术的发展有利于使整个空间光幅度与相位检测器更加小型化、一体化，消除对额外设备的需求。在其他材料平台的加持下可以将这种光子探测器波长范围延申至中红外范围甚至可见光波段，进一步拓展了这种检测器的应用场合。

• PhotoniX 属同行评议、开放获取（OA）高影响力国际期刊。是中国光学工程学会会刊，由中国光学工程学会、上海理工大学和西湖大学共同主办，由Springer Nature集团出版。上海理工大学顾敏院士和西湖大学仇旻教授担任期刊主编，庄松林院士担任期刊名誉主编。期刊拥有强大的国际编委和编辑团队。PhotoniX 主要报道国内外光学与光子学技术与信息、能源、材料、生命、精密制造、纳米、光电子器件、微纳米电子等学科交叉融合发展带来的颠覆性科研成果和最新的工程应用进展。以展现具有前沿性、多学科交叉和衍生性特点的技术为核心，成为推动国际前沿“使能技术”的平台。

• PhotoniX 现已被SCIE、SCOPUS、DOAJ、ProQuest、CNKI、INSPEC、Dimensions等多个数据库收录，并入选《2021年中国科学院文献情报中心期刊分区》。2022年6月获得首个影响因子：19.818，位列Q1区。

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