集成光器件与光芯片

指尖尺度的非常规光与物质相互作用

背景简介

光学系统从庞大的桌面级装置向集成平面光路的演进,正在彻底改变我们操控光的方式。集成光子学能够在毫米级的尺寸内实现光的路由、调制和探测,从而在基础物理学与实用、可扩展的技术之间搭建了桥梁。通过将奇特的光学现象引入芯片层面,我们可以构建高度稳定、坚固且具备优异可重复性的复杂电磁环境。

本研究方向致力于紧凑型光子系统的物理实现与架构优化。我们将新颖的理论概念与先进的微纳制造技术相结合,旨在将基础性发现转化为能够定义下一代光学技术的功能性硬件平台。

研究意义与潜在应用

片上集成大幅降低了光学系统的体积、功耗和制造成本,同时极大地增强了其机械稳定性与可扩展性。其潜在应用极为广泛,将有力推动大容量数据中心光互连、用于自动驾驶的固态激光雷达、便携式芯片实验室(生化传感)以及可扩展量子光子处理器的技术革新。

研究焦点

  • 新颖光学现象的片上集成:将新兴的光学物理机制与基础原理转化为紧凑的芯片级器件架构。(例如:将(Wu et al., 2022) 引入集成光学领域 (Wu et al., 2023)
  • 异质集成与芯粒技术:通过先进封装技术结合不同的材料平台与功能性光子芯粒,以突破单片集成的性能与工艺瓶颈。
  • 先进材料片上集成预研:探索并评估新一代功能性光学材料与标准片上集成工艺的兼容性、稳定性及应用潜力。(例如 (Wu et al., 2021; Huang et al., 2023; Wu* et al., 2024)
  • 大型原型机的小型化与集成化:将庞大复杂的宏观实验系统及纯理论模型转化为高度集成、便携的实用化物理实体器件。
实现时域Talbot效应的集成光芯片。

我们还旨在将早期的理论研究应用于集成纳米器件(纳米结构、薄膜器件、超表面)、芯片(混合与新型材料)、电路(具有特定拓扑的网络),并结合我们新开发的技术,与全球的合作实验室和同事共同开展研究。

相关成果

2024

  1. NC.jpg
    Thermo-optic epsilon-near-zero effects
    Nature Communications, Jan 2024

2023

  1. CP.png
    Bright and dark talbot pulse trains on a chip
    Communications Physics, Sep 2023
  2. ACSAMI.jpg
    Manufacturing-Enabled Tunability of Linear and Nonlinear Epsilon-Near-Zero Properties in Indium Tin Oxide Nanofilms
    ACS Applied Materials & Interfaces, Jul 2023

2022

  1. OL.jpg
    Temporal talbot effect of optical dark pulse trains
    Optics Letters, Feb 2022

2021

  1. SR.png
    Manipulation of epsilon-near-zero wavelength for the optimization of linear and nonlinear absorption by supercritical fluid
    Scientific Reports, Dec 2021