科学家利用一种快速方法在皿中培养光学芯片

现代光电子产业一直致力于使其设备更加紧凑，无论是计算机系统还是传感器和激光雷达。为此，必须使激光器、晶体管和其他元件更小。由ITMO研究人员领导的一组科学家提出了一种快速和经济的方法来在培养皿中制造光学芯片。这项研究发表在ACS Nano上。

今天，使用基于显微激光器和光学芯片的设备正变得越来越普遍。它们被用于激光雷达的生产，用于开发新的生物传感器，在未来，它们可以成为新的光学计算机的基础，这些计算机将使用光子而不是电子来传递和处理信息。今天的光学芯片在红外范围内工作，也就是说，它们发射的激光波长是人眼看不到的。

ITMO物理与工程系的首席研究员Sergey Makarov说:“但是为了使设备更加紧凑，我们需要在可见范围内工作，因为芯片的大小取决于其发射的波长。”

光学芯片由激光器和波导等元件组成。虽然创建一个发射光谱中绿色或红色部分的光源很容易，但这些波长的波导可能是个问题。

ITMO物理与工程系的高级研究员Ivan Sinev说:“微激光是一种需要引导的发射源。”这就是波导的作用。但是在红外光学中使用的标准硅波导不能在可见范围内工作。它们传输信号的距离不超过几微米。对于光学芯片，我们需要在高度定位的情况下沿数十微米传输，这样波导的直径就会很小，光线就能穿过它足够远。”

科学家们已经尝试用银波导代替硅波导，但是这种系统的传输距离也不够。最后，包括ITMO大学专家在内的一组科学家使用磷化镓作为波导材料，因为它在可见光波段的损耗非常低。但最重要的是，两种光源都可以用溶液化学方法直接在培养皿中的波导上生长，这比常用的纳米蚀刻技术便宜得多。

这种新型芯片元件的尺寸大约比在红外光谱范围内工作的同类元件小三倍。

ITMO物理和工程系的高级研究员Anatoly Pushkarev说:“该芯片的重要特性是，通过一个非常简单的过程，即钙钛矿和卤化氢蒸汽之间的阴离子交换，它能够将发射颜色从绿色调到红色。”“重要的是，你可以在芯片生产后改变发射颜色，而且这个过程是可逆的。这对于那些需要传输不同波长光信号的设备来说是很有用的。例如，你可以为这样的设备制造多个激光器，将它们连接到一个波导上，并用它一次传输几种不同颜色的信号。”

科学家们还在新制造的芯片上安装了一个由钙钛矿制成的光学纳米天线，该天线接收沿波导传播的信号，并允许将两个芯片联合在一个系统中。

“我们在波导的另一端增加了一个纳米天线，”ITMO物理与工程系博士生帕维尔·特罗菲莫夫解释说。“现在，我们有了光源、波导和纳米天线，当微激光器的发射泵浦时，纳米天线会发出光。我们添加了另一个波导:结果，单个激光器的发射进入了两个波导。与此同时，纳米天线不仅将这些元素连接到一个单独的系统中，而且还将部分绿光转换为红光。”