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片上光学技术（Photonics on Chip）
发布时间： 2023/8/30 14:38:48 | 74 次阅读
发布时间：2023-07-10 来源：网络搜集 阅读次数：3850分享到：
片上光学技术（Photonics on Chip）是将光学器件集成到芯片上的技术，它的出现改变了传统光学与电子器件相分离的局面，使得光学器件与电子器件可以在同一芯片上实现，为高速通讯、数据处理、传感等领域带来了革命性的改变。片上光学技术不同于传统的光纤和光器件，其集成度更高、体积更小、功耗更低，具有更高的可靠性和稳定性，在未来的人工智能、自动化、物联网等技术中将有着广泛的应用。片上光学是一种前景广阔的颠覆性技术，有着重要的应用前景和市场空间。
光学传感技术具有高精度、快速、实时、非接触等优点，在传感检测应用中具有重要优势。近红外、中红外和太赫兹等波段的光学检测技术已经遍布材料分析、生物医药、食品安全、智慧农业、环境监测、公共安全和国防等诸多领域。随着大数据和物联网等技术的广泛应用，实时性、智能化、网络化成为光学传感技术发展的必然趋势。即时诊疗、在线检测、车载/机载移动探测、遥感等应用场景，对光学传感检测技术提出了更高集成度、更低成本的需求。然而，大多数光学传感技术依赖于复杂、昂贵的光谱分析系统，存在体积/重量大、功耗/成本高、操作复杂等问题，无法满足便携式应用需求。因此，发展微型化乃至单片集成化的光学传感芯片具有重要的应用前景。
比如，英国牛津大学材料系研究人员联合埃克塞特大学和明斯特大学的同事开发了一种片上光学处理器，能检测数据集中的相似性，速度比在电子处理器上运行的传统机器学习算法快1000倍。发表在《光学》杂志上的这项新研究的灵感来自诺贝尔奖获得者伊万?巴甫洛夫对经典条件反射的发现。
再比如，2019年特拉华大学的在nature communication上面的一篇文章《On-chip wavefront shaping with dielectric metasurface》，片上超表面已经用二维周期结构实现，然而它们固有的散射损失限制了它们的大规模实现。在单层高对比度透射阵列 (HCTA) 超表面中可以zui小化散射。展示了在标准绝缘体上硅衬底上定义的基于 HCTA 的一维透镜;其高透射率1 dB 损耗;保持在 200 nm 带宽内。 HCTA 的三层级联用于展示傅立叶变换和微分的超表面系统功能。超表面系统设计具有实现片上变换光学、数学运算和光谱仪的潜力;可应用于成像、传感和量子信息处理领域。特点在于减小损耗宽带操作的超透镜以及是在SOI上操作的基于一维 HCTA 设计;通过实验证明了超短、低损耗和宽带模式尺寸转换器以及执行傅立叶变换和空间微分的meta-系统。1D HCTA 的zui小特征尺寸为 140 nm;与当前用于硅光子代工厂的深紫外光刻技术兼容;因此适用于以光速运行的大规模硅光子计算芯片。
片上光学传感技术的发展将极大地提高微型传感器的应用能力，在食品安全、智慧农业、环境监测、公共安全、航空航天等领域具有重要的应用潜力。基于全光谱、全平台、纳米尺度对光子的极限操纵来发展的科技，正在改变世界。
超集成、多功能微纳光子学芯片具有巨大的应用前景和市场，其有望逐步发展出与当下微纳电子器件互补，甚至替代新一代计算和信息处理平台，成为新一代颠覆性技术。
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片上光学技术（Photonics on Chip）是将光学器件集成到芯片上的技术，它的出现改变了传统光学与电子器件相分离的局面，使得光学器件与电子器件可以在同一芯片上实现，为高速通讯、数据处理、传感等领域带来了革命性的改变。片上光学技术不同于传统的光纤和光器件，其集成度更高、体积更小、功耗更低，具有更高的可靠性和稳定性，在未来的人工智能、自动化、物联网等技术中将有着广泛的应用。片上光学是一种前景广阔的颠覆性技术，有着重要的应用前景和市场空间。
光学传感技术具有高精度、快速、实时、非接触等优点，在传感检测应用中具有重要优势。近红外、中红外和太赫兹等波段的光学检测技术已经遍布材料分析、生物医药、食品安全、智慧农业、环境监测、公共安全和国防等诸多领域。随着大数据和物联网等技术的广泛应用，实时性、智能化、网络化成为光学传感技术发展的必然趋势。即时诊疗、在线检测、车载/机载移动探测、遥感等应用场景，对光学传感检测技术提出了更高集成度、更低成本的需求。然而，大多数光学传感技术依赖于复杂、昂贵的光谱分析系统，存在体积/重量大、功耗/成本高、操作复杂等问题，无法满足便携式应用需求。因此，发展微型化乃至单片集成化的光学传感芯片具有重要的应用前景。
比如，英国牛津大学材料系研究人员联合埃克塞特大学和明斯特大学的同事开发了一种片上光学处理器，能检测数据集中的相似性，速度比在电子处理器上运行的传统机器学习算法快1000倍。发表在《光学》杂志上的这项新研究的灵感来自诺贝尔奖获得者伊万?巴甫洛夫对经典条件反射的发现。
再比如，2019年特拉华大学的在nature communication上面的一篇文章《On-chip wavefront shaping with dielectric metasurface》，片上超表面已经用二维周期结构实现，然而它们固有的散射损失限制了它们的大规模实现。在单层高对比度透射阵列 (HCTA) 超表面中可以zui小化散射。展示了在标准绝缘体上硅衬底上定义的基于 HCTA 的一维透镜;其高透射率1 dB 损耗;保持在 200 nm 带宽内。 HCTA 的三层级联用于展示傅立叶变换和微分的超表面系统功能。超表面系统设计具有实现片上变换光学、数学运算和光谱仪的潜力;可应用于成像、传感和量子信息处理领域。特点在于减小损耗宽带操作的超透镜以及是在SOI上操作的基于一维 HCTA 设计;通过实验证明了超短、低损耗和宽带模式尺寸转换器以及执行傅立叶变换和空间微分的meta-系统。1D HCTA 的zui小特征尺寸为 140 nm;与当前用于硅光子代工厂的深紫外光刻技术兼容;因此适用于以光速运行的大规模硅光子计算芯片。
片上光学传感技术的发展将极大地提高微型传感器的应用能力，在食品安全、智慧农业、环境监测、公共安全、航空航天等领域具有重要的应用潜力。基于全光谱、全平台、纳米尺度对光子的极限操纵来发展的科技，正在改变世界。
超集成、多功能微纳光子学芯片具有巨大的应用前景和市场，其有望逐步发展出与当下微纳电子器件互补，甚至替代新一代计算和信息处理平台，成为新一代颠覆性技术。
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