近日，哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的一組研究人員開發了一種方法，他們打造了一個高效的集成隔離器，該隔離器可以無縫地集成到由鈮酸鋰制成的光學芯片中。他們的研究結果發表在《自然·光子學》（Nature Photonics）雜志上。據悉，SEAS開發的這種光隔離器可以在許多實際應用中大大改善光學系統。

由四個不同調制長度的器件組成的薄膜鈮酸鋰電光隔離芯片的光學顯微照片。（圖片來源：Loncar Lab／Harvard SEAS）

所有用于電信、顯微鏡、成像、量子光子學等領域的光學系統，都依賴于激光來產生光子和光束。為了防止這些激光損壞和不穩定，這些系統還需要隔離器（即防止光線向不希望的方向傳播的組件）。隔離器也有助于減少信號噪聲，防止光線不受限制地反彈。但是傳統的隔離器體積相對較大，并且需要多種材料連接在一起，因而要實現增強的性能并不容易。

領導上述團隊的電氣工程師Marko Loncar指出，他們建造了一種裝置，可以讓激光發射的光不受改變地傳播，而反射回激光的反射光改變了顏色，并從激光中重新布線。他表示：“這是通過向反射光信號的方向發送電信號來實現的，從而利用了鈮酸鋰優異的電光特性。在這種特性中，可以施加電壓來改變光信號的特性，包括速度和顏色?！?/p>

“我們想為激光創造一個更安全的工作環境，通過設計這條單行道，我們可以保護設備免受激光反射的影響，”該論文的第一作者之一、前朗卡爾實驗室博士后研究員Mengjie Yu表示，“據我們所知，與所有其他集成隔離器的演示相比，該設備具有世界上最好的光學隔離性能。除了隔離之外，它在所有指標上都具有最具競爭力的性能，包括損耗、能效和可調性?！?/p>

這個設備的特殊之處在于，它的核心非常簡單——它實際上只有一個調制器。之前所有類似的工程研究都需要多個諧振器和調制器，而他們之所以能做到這一點，則是因為鈮酸鋰本身的性質。

這種高性能和高效率表現，背后的另一個原因與設備的尺寸有關——該團隊在哈佛的納米級系統中心制造了一個厚度為600納米的芯片，蝕刻（使用規定的納米結構來引導光線）的深度達到320納米。

該平臺更小的尺寸和超低損耗特性也提高了其光功率。由于光不需要傳播那么遠，所以衰減和功率損失更少。

該團隊展示了該設備可以成功地保護芯片上的激光免受外部反射。據介紹，他們是首個在光隔離器的保護下展示激光相位穩定運行的團隊。這一進展代表了實用、高性能光學芯片的重大飛躍，它可以與一系列激光波長一起使用，只需要反向傳播的電信號就可以達到預期的效果。將光學系統的所有方面集成到單個芯片上，可以取代許多更大、更昂貴、效率更低的系統。