集成光子学使我们能够构建紧凑、便携、低功耗的芯片级光学系统，用于商业产品，彻底改变了今天的光学数据中心和通信。但是集成片上光学增益元件来制造激光器或放大光功率会有其他元件反射光影响或干扰激光器性能的风险。
解决方案是增加片上光学隔离。通常，光隔离是通过磁性材料和磁场来实现的，但这与当前的半导体铸造工艺不兼容;与此同时，在芯片微米尺度上创建强大的外部磁场本身就是一个挑战。因此，电驱动、无磁光隔离器在该领域得到了广泛的应用。
在《自然光子学》杂志上发表的一篇文章中，EPFL的Tobias J. Kippenberg教授和普渡大学的Sunil a . Bhave教授的实验室合作，展示了这样一种无磁、电驱动的光隔离器，可以在芯片上实现光的传输。
该装置结合了集成光子技术和微机电系统(MEMS)技术，采用压电式氮化铝(AlN)单片集成在超低损耗氮化硅(Si3N4)光子集成电路上制成。
通过同步驱动多个压电MEMS致动器，电机械地产生体声波，使其与在其下方的Si3N4波导中传播的光耦合和偏转。这种声光调制，被称为“时空调制”，模仿了磁驱动隔离器的效果。用压电薄膜换能器代替磁性材料，完全避免了对磁场的要求。
虽然无磁光隔离器之前已经展示过，但这是第一个电力驱动的，并在线性光学体制下运行的。该研究报告了10 dB的线性光隔离，以及在光信号载体上单向、无损耗数字数据传输的实验测量。
“结合集成光子学和MEMS工程，我们展示了一种混合半导体制造技术，完全兼容cmos，并可通过大容量的铸造过程，”在EPFL的微纳技术中心(CMi)领导Si3N4芯片制造的刘俊秋博士说。
这种新型的光隔离器可以为包括芯片级原子钟、光探测和测距(LiDAR)、光子量子计算和片上光谱学等新应用提供种子。这两个团队正在研究的一个特殊应用是建立量子相干微波光转换器，它可以克服远距离超导量子位之间的量子互连，这需要将微波场的单个量子转换到光域，反之亦然。
参考
H. Tian, J. liu, A. Siddharth, R. N. Wang, T. Blésin, J. He, T. J. Kippenberg, S. A. Bhave，无磁氮化硅集成光隔离器，《自然光子学》，2021年10月21日。DOI: 10.1038 / s41566 - 021 - 00882 - z
