集成光器件與光芯片

指尖尺度的非常規光與物質相互作用

背景簡介

光學系統從龐大的桌面級裝置向集成平面光路的演進,正在徹底改變我們操控光的方式。集成光子學能夠在毫米級的尺寸內實現光的路由、調製和探測,從而在基礎物理學與實用、可擴展的技術之間搭建了橋樑。通過將奇特的光學現象引入芯片層面,我們可以構建高度穩定、堅固且具備優異可重複性的複雜電磁環境。

本研究方向致力於緊湊型光子系統的物理實現與架構優化。我們將新穎的理論概念與先進的微納製造技術相結合,旨在將基礎性發現轉化為能夠定義下一代光學技術的功能性硬件平臺。

研究意義與潛在應用

片上集成大幅降低了光學系統的體積、功耗和製造成本,同時極大地增強了其機械穩定性與可擴展性。其潛在應用極為廣泛,將有力推動大容量數據中心光互連、用於自動駕駛的固態激光雷達、便攜式芯片實驗室(生化傳感)以及可擴展量子光子處理器的技術革新。

研究焦點

  • 新穎光學現象的片上集成:將新興的光學物理機制與基礎原理轉化為緊湊的芯片級器件架構。(例如:將(Wu et al., 2022) 引入集成光學領域 (Wu et al., 2023)
  • 異質集成與芯粒技術:通過先進封裝技術結合不同的材料平臺與功能性光子芯粒,以突破單片集成的性能與工藝瓶頸。
  • 先進材料片上集成預研:探索並評估新一代功能性光學材料與標準片上集成工藝的兼容性、穩定性及應用潛力。(例如 (Wu et al., 2021; Huang et al., 2023; Wu* et al., 2024)
  • 大型原型機的小型化與集成化:將龐大複雜的宏觀實驗系統及純理論模型轉化為高度集成、便攜的實用化物理實體器件。
實現時域Talbot效應的集成光芯片。

我們還旨在將早期的理論研究應用於集成納米器件(納米結構、薄膜器件、超表面)、芯片(混合與新型材料)、電路(具有特定拓撲的網絡),並結合我們新開發的技術,與全球的合作實驗室和同事共同開展研究。

相關成果

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