只管大多数的光学和打算机芯片都是由硅制成，但是人们对付碳化硅的兴趣却在日益增长，由于它比硅具有更好的热学、电气和机器特性，并且具有生物相容性，还可事情在可见光到红外线波段。
碳化硅（图片来源：维基百科）
创新
近日，美国乔治亚理工学院的 Ali Adibi 领导的科研职员们，在美国光学学会（OSA）的期刊《光学快报（Optics Letters）》上，详细描述了他们如何将一个微型加热器和一个称为微环谐振器的光学器件集成到碳化硅芯片上。这一造诣代表了首个完备集成、可通过热办法调谐、事情在近红外波段的碳化硅光学开关。
研究团队（图片来源：Ali Adibi, 乔治亚理工学院）
技能
碳化硅对付量子打算以及通信运用来说颇具吸引力，由于它拥有可经由光学操控作为量子位（qubit）来利用的毛病。量子打算与通信有望比传统打算办法以显著更快的速率来办理特定问题，由于数据以量子位的形式编码，而量子位可同时处于两个状态的叠加态，从而可同时进行多项处理。
之前，研究职员们开拓了一个称为“绝缘体上的碳化硅晶体”的平台，它战胜了之前报告的碳化硅平台的某些薄弱性以及其他缺陷，同时为与电子器件集成到一起供应了一种大略且可信赖的办法。
下图所示：量子光子集成电路包含环形微环谐振器和微型加热器。插图展示了受到微型加热器加热的微环谐振器的横截面上的温度和电场分布。
（图片来源：Ali Adibi, 乔治亚理工学院）
研究团队成员 Tianren Fan 表示：“我们研究小组率先开拓出的绝缘体上的碳化硅平台，类似于在半导体工业中广泛利用的、适用于多种运用的绝缘体上的硅技能。它实现了碳化硅设备的晶圆级制造，为基于碳化硅的集成光子量子信息处理办理方案的商业化铺平了道路。”
要完备发挥这个新平台的独特功能，就要开拓调谐其光学特性的能力，使得单个基于芯片的构造可供应不同的功能。研究职员通过采取热光效应实现了这一点。在热光效应中，改变材料的温度将改变其光学特性，例如折射率。
他们一开始采取绝缘体上的碳化硅晶体技能，制造了微型环状光学腔，或者称为微环谐振器。在每个谐振器中，光芒在特定波长（也称为其谐振波长）下，环绕着环传播，并通过相长干涉来增加强度。然后，谐振器可用于掌握与其耦合的波导中的光芒幅度与相位。研究职员们为了创造一个高度可控的可调谐谐振器，在微环顶上制造了电加热器。当电流施加到集成的微加热器中时，它局部地提升了碳化硅微环的温度，并通过热光效应改变了其共振波长。
研究职员们通过施加不同等级的电力，然后丈量与微环耦合的波导中的光学传输，测试了制造好的集成微环谐振器和微型加热器的性能。他们的成果表明，通过一个可采取现有半导系统编制造工艺制造的坚固装置，实现具有低功率热可调谐性的谐振器是可能。
代价
论文第一作者 Xi Wu 表示：“像我们在这项研究中演示的这一类器件，可以作为新一代量子信息处理设备的构建模块利用，也可以创造出生物相容的传感器和探测器。”
团队领头人 Ali Adibi 表示：“这些高质量的设备，结合了我们的绝缘体上的碳化硅晶体平台的其他特色，将知足事情在大范围波长的新型芯片级设备的基本需求。这种芯片级的可调谐性对付量子打算和通信所需的量子操作来说是必要的。此外，由于碳化硅的生物相容性，它也非常适宜活体生物传感。”
未来
目前，研究职员们正在致力于通过绝缘体上的碳化硅晶体平台，为量子光子集成电路打造元器件，包括芯片上的激光泵、单光子源以及单光子探测器，与可调谐的微环谐振器一起利用，为前辈的光学量子打算创造出全功能芯片。
关键字
碳化硅、量子打算、光子芯片
参考资料
【1】Xi Wu, Tianren Fan, Ali A. Eftekhar, Ali Adibi. High-Q microresonators integrated with microheaters on a 3C-SiC-on-insulator platform. Optics Letters, 2019; 44 (20): 4941 DOI: 10.1364/OL.44.004941
【2】https://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/news_releases/2019/tunable_optical_chip_paves_way_for_new_quantum_dev/
