硅-有机混合缝隙波导中使用强交叉相位调制的片上可集成全光量化器

标题中的“硅-有机混合缝隙波导中使用强交叉相位调制的片上可集成全光量化器”指的是在硅基光电子学领域中，采用了一种创新的技术，即利用硅-有机混合（SOH）缝隙波导实现的强交叉相位调制（XPM），来设计和构建一种能够在芯片上集成的全光量化器。这种量化器是为了解决高速、低功耗的片上光学模拟-数字转换器的需求。 交叉相位调制是一种非线性光学效应，发生在两个强度接近的光波相互作用时，其中一个光波的相位会受到另一个光波的影响。在SOH缝隙波导中，这种效应被放大，因为有机材料提供了高的非线性系数，而硅波导则提供了良好的光子束缚和传输效率。缝隙结构进一步增强了光场与材料的相互作用，从而增强了XPM效应。 论文中提到的Mach-Zehnder干涉仪是实现量子化的关键组件。通过精确地设计SOH波导的尺寸，可以实现大的非线性系数（高达16,000和18,069 W^(-1)/m分别对应泵浦和探测信号）以及低脉冲走离参数（66.7 fs/mm），并且在整个考虑的波长范围内具有全正常色散。这些特性使得在短的传播长度（5mm）下，仅需低泵浦脉冲峰值功率（206 mW）就可以产生8π的相位移，这足以实现一个4位全光量化器。 模拟结果显示，该系统具有良好的性能指标，信号对噪声比（SNR）为23.42 dB，有效比特数（ENOB）为3.89-bit，这表明它有潜力在高带宽数字通信网络和信息处理系统中发挥重要作用。随着互联网技术和IP业务的快速发展，对通信带宽的需求持续增长，传统的电子ADC已经难以满足需求，因此高性能的全光学ADC被视为解决这一问题的关键技术，尤其是在实时信号处理和光学互连网络中。 这篇研究论文提出了一个基于硅-有机混合波导的全光量化器设计，利用强交叉相位调制和Mach-Zehnder干涉器实现了高效、低功耗的片上模拟-数字转换，为未来光电子集成和超宽带通信系统的发展提供了新的思路和解决方案。