據(jù)悉， 斯坦福大學(xué)的研究人員表示,他們已經(jīng)發(fā)明了一種簡(jiǎn)單有效的芯片級(jí)隔離器，可以鋪在比一張紙薄數(shù)百倍的半導(dǎo)體材料層中。

激光是一種變革性的技術(shù)工具，但一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)阻止了它們的變革性。它們發(fā)出的光可以反射回激光器本身，使激光器不穩(wěn)定甚至失效。

在實(shí)際中，這一挑戰(zhàn)可以通過(guò)使用磁性來(lái)阻擋有害反射的笨重設(shè)備來(lái)解決。然而，在芯片規(guī)模上，工程師們希望激光有朝一日能改寫計(jì)算機(jī)電路。

在這種背景下，斯坦福大學(xué)的研究人員表示，他們已經(jīng)發(fā)明了一種簡(jiǎn)單有效的芯片級(jí)隔離器，可以鋪在比一張紙薄數(shù)百倍的半導(dǎo)體材料層中。

“芯片級(jí)別的隔離是光子學(xué)中最大的公開挑戰(zhàn)之一，”斯坦福大學(xué)電氣工程教授、該研究的資深作者耶琳娜·烏科維奇(Jelena vuykovovic)說(shuō)，該研究本月發(fā)表在《自然光子學(xué)》(Nature photonics)上。

“每束激光都需要一個(gè)隔離器來(lái)阻止反向反射進(jìn)入激光并使其不穩(wěn)定，”Vu?kovi?實(shí)驗(yàn)室的博士候選人、該論文的共同第一作者Alexander White評(píng)論道，他補(bǔ)充說(shuō)，該設(shè)備對(duì)日常計(jì)算有影響，但也可能影響下一代技術(shù)，如量子計(jì)算。

從左起，Alexander White, Geun Ho Ahn, and Jelena Vu?kovi?與納米級(jí)隔離器。

小而被動(dòng)

納米級(jí)隔離器很有前景，原因有幾個(gè)。首先，這個(gè)隔離器是“被動(dòng)的”。它不需要外部輸入，不需要復(fù)雜的電子器件，也不需要磁性元件——迄今為止阻礙芯片級(jí)激光器發(fā)展的技術(shù)挑戰(zhàn)。

這些額外的機(jī)制導(dǎo)致器件對(duì)于集成光子學(xué)應(yīng)用來(lái)說(shuō)過(guò)于笨重，并可能導(dǎo)致?lián)p害芯片上其他組件的電干擾。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，新的隔離器也是由常見的和眾所周知的半導(dǎo)體材料制成，可以使用現(xiàn)有的半導(dǎo)體加工技術(shù)制造，這可能會(huì)簡(jiǎn)化其大規(guī)模生產(chǎn)的道路。

新的隔離器的形狀像一個(gè)環(huán)。它是由氮化硅制成的，氮化硅是一種基于最常用的半導(dǎo)體硅的材料。強(qiáng)的初級(jí)激光束進(jìn)入環(huán)，光子開始順時(shí)針?lè)较蚶@環(huán)旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，反向反射的光束將以相反的方向被送回環(huán)中，以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。

“我們放入的激光能量循環(huán)了很多次，這使我們能夠在環(huán)內(nèi)建立。這種不斷增加的功率改變了較弱的光束，而較強(qiáng)的光束繼續(xù)不受影響，”共同第一作者Geun Ho Ahn說(shuō)，他是研究較弱的光束停止共振的電氣工程博士研究生?！胺瓷涔?，而且只有反射光被有效地抵消了?！?/p>

然后初級(jí)激光退出環(huán)，并在所需的方向上被“隔離”。Vu?kovi?和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建立了一個(gè)原型作為概念證明，并能夠?qū)蓚€(gè)環(huán)形隔離器級(jí)聯(lián)起來(lái)以實(shí)現(xiàn)更好的性能。

芯片級(jí)隔離器的特寫。

Nature Photonics發(fā)表——芯片級(jí)無(wú)源光隔離器

摘要：光纖和體光隔離器被廣泛應(yīng)用于通過(guò)防止不必要的反饋來(lái)穩(wěn)定激光腔。然而，它們的綜合對(duì)應(yīng)物被采用的速度很慢。雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了幾種片上光學(xué)隔離策略，但這些策略依賴于磁光材料的集成或聲光或電光調(diào)制器的高頻調(diào)制。在這里，我們展示了一種利用環(huán)形諧振腔內(nèi)本質(zhì)非互易的克爾非線性來(lái)被動(dòng)隔離連續(xù)波激光器的集成方法。利用氮化硅作為模型平臺(tái)，我們實(shí)現(xiàn)了17-23 dB的單環(huán)隔離和1.8 - 5.5 dB的插入損耗，以及35 dB的級(jí)聯(lián)環(huán)隔離和5 dB的插入損耗。利用這些器件，我們演示了半導(dǎo)體激光芯片的混合集成和隔離。

主要

近年來(lái)，在芯片上集成高性能光學(xué)系統(tǒng)的工作取得了巨大的進(jìn)展。超低損耗光子平臺(tái)、非線性光子學(xué)和異質(zhì)材料集成的進(jìn)步已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了完全集成的交鑰匙頻率梳源、具有赫茲線寬的片上激光器、每秒太比特(Tbps)的片上通信、片上光學(xué)放大器等等。雖然這些系統(tǒng)將繼續(xù)改進(jìn)，但缺乏集成光學(xué)隔離限制了它們的性能。

光隔離器允許光在一個(gè)方向上傳輸，同時(shí)防止在另一個(gè)方向上傳輸。這種非互反行為在光學(xué)系統(tǒng)中至關(guān)重要，可以通過(guò)防止不必要的反向反射來(lái)穩(wěn)定激光和降低噪聲。在傳統(tǒng)的光纖和體光學(xué)系統(tǒng)中，非互反傳輸是通過(guò)使用法拉第效應(yīng)誘導(dǎo)的非互反偏振旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)將磁光材料集成到波導(dǎo)中，這種方法可以在芯片上復(fù)制。然而，由于所需的定制材料制造和缺乏互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)兼容性，該方法的可擴(kuò)展性仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。此外，由于磁光材料在可見到近紅外(NIR)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的微弱作用，它們需要非常強(qiáng)的磁鐵才能運(yùn)行，因此很難在集成平臺(tái)上運(yùn)行。

最近，在集成無(wú)磁隔離器方面取得了顯著進(jìn)展，使用主動(dòng)驅(qū)動(dòng)來(lái)打破相互作用。這種驅(qū)動(dòng)采用了合成磁鐵、受激布里淵散射和時(shí)空調(diào)制的形式。然而，對(duì)外部驅(qū)動(dòng)器的要求增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，通常需要額外的制造，并消耗功率。此外，大功率射頻驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生大量的電磁背景，會(huì)干擾光子集成電路中的敏感電子器件和光電檢測(cè)。這對(duì)這種設(shè)備的可伸縮性和采用提出了不可避免的挑戰(zhàn)。因此，為了最大限度地提高可擴(kuò)展性和集成到當(dāng)前的光子集成電路中，理想的隔離器應(yīng)該是完全無(wú)源和無(wú)磁的。

光學(xué)非線性是打破互易性的一種有前途的途徑，并且固有地存在于最廣泛應(yīng)用的光子平臺(tái)中，如氮化硅、硅、磷化鎵、鉭、碳化硅和鈮酸鋰。不幸的是，由于動(dòng)態(tài)互易性，許多使用光學(xué)非線性的非互易傳輸建議不能作為隔離器。然而，通過(guò)仔細(xì)選擇操作模式，使用光學(xué)非線性進(jìn)行隔離是可能的，并且已經(jīng)用離散組件進(jìn)行了證明。

在這篇文章中，我們展示了集成連續(xù)波隔離器使用克爾效應(yīng)存在于薄膜氮化硅環(huán)形諧振器?？藸栃?yīng)打破了環(huán)的順時(shí)針和逆時(shí)針模式之間的簡(jiǎn)并，并允許非互反傳輸。這些設(shè)備是完全無(wú)源的，除了被隔離的激光之外，不需要任何輸入。因此，唯一的功率開銷是環(huán)形諧振器耦合的小插入損耗。此外，許多將受益于隔離器的集成光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)具有高質(zhì)量的氮化硅或相應(yīng)的組件，并且可以輕松地將這種類型的隔離器與CMOS兼容的制造集成。

通過(guò)改變環(huán)形諧振器的耦合，我們可以權(quán)衡插入損耗和隔離。作為兩個(gè)示例，我們演示了峰值隔離為23 dB、插入損耗為4.6 dB的器件和隔離為17 dB、插入損耗為1.3 dB、光功率為90mw的器件。由于我們使用集成光子學(xué)平臺(tái)，我們可以在同一芯片上重復(fù)制造和級(jí)聯(lián)多個(gè)隔離器，使我們能夠演示兩個(gè)級(jí)聯(lián)隔離器，整體隔離比為35 dB。最后，我們將半導(dǎo)體激光二極管芯片對(duì)接到氮化硅隔離器，并在芯片上演示了系統(tǒng)中的光學(xué)隔離。

工作原理

我們可以用同樣的原理來(lái)構(gòu)造一個(gè)隔離器。圖1a所示的設(shè)置。一個(gè)強(qiáng)泵浦(紅色)被發(fā)送通過(guò)環(huán)形諧振腔與簡(jiǎn)并順時(shí)針和逆時(shí)針共振。該泵加熱環(huán)，導(dǎo)致折射率的熱光倒數(shù)增加和相應(yīng)的共振頻率下降。此外，環(huán)中的高功率導(dǎo)致順時(shí)針模式的SPM和逆時(shí)針模式的XPM。這使得逆時(shí)針模式的共振位移是順時(shí)針泵浦模式的兩倍?，F(xiàn)在的分裂共振允許在泵浦方向上的近乎統(tǒng)一的傳輸，但實(shí)質(zhì)上減少了在相反方向上的相同頻率的傳輸(藍(lán)色)。

圖1:工作原理。a、集成非線性光學(xué)隔離器的工作原理示意圖。圖顯示傳輸(T)與頻率(ω)。b，隔離器與驅(qū)動(dòng)它的激光直接耦合的示意圖，僅存在激光(紅色)，僅存在不必要的后向傳輸(藍(lán)色)和具有后向傳輸?shù)募す?。?dāng)激光打開時(shí)，后向傳輸不再共振，激光被隔離。c，氮化硅器件的圖像。比例尺，100 μm。d，理論(虛線)和實(shí)驗(yàn)(藍(lán)色數(shù)據(jù)點(diǎn))在不同輸入泵功率和最大泵失諧時(shí)的反向傳輸，說(shuō)明了洛倫茲傳輸形狀。

這種隔離完全是通過(guò)環(huán)的內(nèi)在非互易性來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此不需要額外的功率來(lái)運(yùn)行。關(guān)鍵是，該操作不受動(dòng)態(tài)互易性的影響。當(dāng)backwards-propagating信號(hào)在頻率相同的泵,動(dòng)態(tài)對(duì)等并不適用,當(dāng)一個(gè)信號(hào)以不同的頻率的泵,互惠但接近于零傳動(dòng)。此外,重要的是要注意,這種隔離率適用不僅對(duì)backwards-propagating信號(hào)與權(quán)力泵相比非常小,但即使是相稱的向后信號(hào)和比泵。當(dāng)環(huán)內(nèi)已經(jīng)有泵浦功率循環(huán)時(shí)，反向波與腔體不共振。因此，消除模式分裂所需的輸入功率實(shí)際上比泵浦的功率高許多倍。

由于這種類型的隔離器需要連續(xù)的泵浦功率(可以是連續(xù)波泵浦，也可以是在環(huán)自由光譜范圍內(nèi)脈沖的泵浦)，但不需要額外的驅(qū)動(dòng)或調(diào)制，因此它是直接隔離激光輸出的理想選擇(圖1b)。激光本身作為隔離的唯一驅(qū)動(dòng)器，并且該設(shè)備不產(chǎn)生功耗，僅在穿越環(huán)時(shí)的插入損耗很小。不需要強(qiáng)磁場(chǎng)、有源光調(diào)制或大功率射頻驅(qū)動(dòng)器，設(shè)備操作不局限于單個(gè)光子平臺(tái)或波長(zhǎng)范圍。

設(shè)備集成與測(cè)量

為了測(cè)量這些設(shè)備的隔離性，我們使用圖2a所示的泵-探頭設(shè)置。由于泵浦和探頭來(lái)自同一激光器，因此它們具有相同的光學(xué)頻率。對(duì)于第一組測(cè)量，如圖2b,c所示，泵浦和探頭波長(zhǎng)掃描環(huán)共振。在圖2d中，泵保持固定。我們通過(guò)環(huán)發(fā)送一個(gè)大功率泵，同時(shí)調(diào)制并向相反方向發(fā)送一個(gè)低功率探頭。然后我們掃描泵浦和探測(cè)共振和讀取反向傳輸使用鎖相放大器。在掃描過(guò)程中，泵熱拉環(huán)，直到環(huán)在共振峰值時(shí)解鎖。當(dāng)激光接近環(huán)的頻率時(shí)，更多的光功率耦合到共振中。由于一個(gè)小的線性材料吸收，這使環(huán)加熱，使共振遠(yuǎn)離激光。這一直持續(xù)到激光頻率匹配共振，并最大限度地耦合到環(huán)。一旦激光失諧超過(guò)這一點(diǎn)，環(huán)中的功率就會(huì)開始下降，使環(huán)冷卻并坍縮到原來(lái)的共振位置。通過(guò)監(jiān)測(cè)諧振峰值處的探頭傳輸，我們可以獲得隔離的直接測(cè)量。此外，通過(guò)改變泵浦功率，我們可以測(cè)量功率相關(guān)的隔離(圖2b,c)。隨著泵浦功率的增加，峰值隔離被紅移，并按洛倫茲量縮放。我們發(fā)現(xiàn)，我們的測(cè)量結(jié)果(圖2b)與一個(gè)具有洛倫茲功率依賴隔離的熱拉環(huán)的簡(jiǎn)單模型(圖2b，插圖)的預(yù)期傳輸之間非常一致。

圖2:隔離測(cè)量。a，表征非線性光學(xué)隔離器的測(cè)量裝置示意圖。EDFA，摻鉺光纖放大器;EOM，電光調(diào)制器。PC，偏振控制器;LO, 90千赫電子振蕩器。b，依賴泵功率的向后傳輸測(cè)量。插圖:理論泵功率依賴關(guān)系。插圖中的線條顏色與主面板中的顏色相對(duì)應(yīng)。c，相應(yīng)的理論(虛線)和實(shí)驗(yàn)(藍(lán)色數(shù)據(jù)點(diǎn))器件隔離。數(shù)據(jù)點(diǎn)顏色對(duì)應(yīng)于b. d中使用的顏色，隨著泵功率的增加(0 mW, 40 mW, 80 mW)脈沖向后傳輸測(cè)量。插圖顯示了虛線框中繪圖部分的放大圖。e，反向傳輸?shù)睦碚?虛線)和實(shí)驗(yàn)(藍(lán)色數(shù)據(jù)點(diǎn))頻率依賴關(guān)系。在這里，探頭被EOM分割成兩個(gè)邊帶，這種邊帶分離用頻率合成器進(jìn)行掃頻。正如預(yù)期的那樣，向后頻率響應(yīng)與泵功率成比例地移位。

我們還用靜態(tài)泵頻驗(yàn)證了隔離器的運(yùn)行。環(huán)仍然鎖定在激光上，我們可以通過(guò)發(fā)送與泵浦頻率相同的光脈沖直接測(cè)量設(shè)備的向后傳輸(圖2d)。在這里，諧振器鎖定是通過(guò)調(diào)諧激光頻率來(lái)啟動(dòng)的，但這也可以通過(guò)熱調(diào)諧環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于最大傳輸和隔離發(fā)生在共振的峰值，此時(shí)共振不再跟隨激光，鎖定可能會(huì)受到環(huán)境溫度變化的干擾。這可以通過(guò)環(huán)的熱穩(wěn)定來(lái)緩解。然而，巨大的熱拉量允許在激光失諧方面有足夠的開銷:對(duì)于這個(gè)在90 mw輸入功率下的器件，從解鎖點(diǎn)開始的1 ghz失諧只對(duì)應(yīng)于隔離降低0.3 db，插入損耗增加0.15 db。正因?yàn)槿绱?，我們能夠在接近最大傳輸?shù)那闆r下工作，而不需要對(duì)光子隔離器芯片進(jìn)行任何溫度控制，并在實(shí)驗(yàn)期間保持穩(wěn)定鎖定。

最后，利用電光調(diào)制器(EOM)對(duì)探頭進(jìn)行調(diào)制，測(cè)量隔振器的頻率響應(yīng)。這就產(chǎn)生了我們可以掃過(guò)共振的邊帶。由于只有紅移邊帶會(huì)與紅移后向共振共振，我們可以掃描邊帶頻率來(lái)繪制頻率響應(yīng)(圖2e)。

為了在實(shí)驗(yàn)上探究這種權(quán)衡，我們制作了一個(gè)由16個(gè)不同耦合強(qiáng)度和耦合不對(duì)稱的空氣包層氮化硅隔離器組成的陣列(圖3b,c)。我們發(fā)現(xiàn)這些器件的內(nèi)在質(zhì)量因子約為500萬(wàn)。正如預(yù)期的那樣，耦合越弱、越不對(duì)稱的器件具有更高的隔離性，但也有更高的插入損耗。我們重點(diǎn)介紹了其中兩種器件的性能——一種器件的插入損耗為1.8 db，隔離閾值為12.9 mW，另一種器件的插入損耗為5.5 db，隔離閾值為6.5 mW(圖3d)。這些器件在90 mW時(shí)分別顯示出16.6 dB和23.4 dB的峰值隔離。

圖3:性能優(yōu)化。a，隔離器環(huán)示意圖，說(shuō)明關(guān)鍵參數(shù):κ1， κ2和γ -輸入耦合率，輸出耦合率和固有損耗率。b，熱圖顯示不同偶聯(lián)率下的插入損失和峰值隔離。色條限制由每個(gè)圖的最小值和最大值設(shè)定(白色:1.0 db插入損耗，3.3 db峰值隔離;深藍(lán)色:10.1 db插入損耗，23.4 db峰值隔離)。表現(xiàn)良好的參數(shù)用藍(lán)色、綠色和橙色圓圈突出顯示。c, b的隔離和插入損失的相關(guān)性d，三個(gè)突出顯示環(huán)的泵功率依賴隔離。

由于這些隔離器是集成的，并且可以具有低插入損耗，因此可以在同一芯片上制造和級(jí)聯(lián)多個(gè)器件，從而實(shí)現(xiàn)隔離的指數(shù)級(jí)增強(qiáng)(圖4a)。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，我們制造了兩個(gè)環(huán)，第二個(gè)環(huán)與第一個(gè)環(huán)有輕微的紅失諧。這允許熱位移使兩個(gè)環(huán)發(fā)生共振并鎖定在那里。在給定的泵功率下，當(dāng)?shù)诙€(gè)環(huán)被單環(huán)插入損失乘以第一個(gè)環(huán)的熱牽拉(補(bǔ)充第8節(jié))紅失失調(diào)時(shí)，隔離最大化，整體插入損失最小化。為了表征級(jí)聯(lián)環(huán)的隔離，我們首先測(cè)量單個(gè)環(huán)的功率依賴性隔離(圖4c)，使用與圖2a相同的泵-探頭測(cè)量。然后，我們對(duì)兩個(gè)級(jí)聯(lián)環(huán)重復(fù)此測(cè)量，其中一個(gè)與第二個(gè)環(huán)略有紅失諧。這些結(jié)果如圖4d,e所示。級(jí)聯(lián)環(huán)的乘法效應(yīng)使我們能夠?qū)崿F(xiàn)35db的隔離，插入損耗為~ 5db。

圖4:隔離級(jí)聯(lián)。a，級(jí)聯(lián)隔離環(huán)示意圖。b，制造的級(jí)聯(lián)隔離環(huán)的光學(xué)顯微照片。比例尺，200 μm。c，理論(虛線)和實(shí)驗(yàn)(藍(lán)色數(shù)據(jù)點(diǎn))功率相關(guān)的單環(huán)隔離。d、級(jí)聯(lián)隔離環(huán)與110mw泵正向和反向傳輸。e，理論(虛線)和實(shí)驗(yàn)(藍(lán)色數(shù)據(jù)點(diǎn))級(jí)聯(lián)環(huán)的功率依賴隔離。理論擬合是通過(guò)將單個(gè)環(huán)的隔離比乘以從第一個(gè)環(huán)紅移的第二個(gè)環(huán)來(lái)計(jì)算的。測(cè)量從40mw開始，因?yàn)樾枰@么多的泵浦功率來(lái)重疊兩個(gè)環(huán)共振。

最后，我們使用分布式反饋(DFB)激光芯片演示隔離(圖5a)。為了最大化芯片上的泵浦功率，我們使用氧化物包層的倒錐來(lái)匹配激光的輸出模式，將DFB激光器耦合到芯片上。我們首先通過(guò)將DFB激光耦合到透鏡光纖并執(zhí)行泵浦探針測(cè)量來(lái)表征隔離，如圖2a所示。為了使DFB激光在環(huán)形共振中調(diào)諧，我們使用珀?duì)柕贍柶骷蜔崦綦娮柽M(jìn)行反饋來(lái)調(diào)節(jié)其溫度。我們觀察到在65 mw輸入功率下，隔離度高達(dá)13.6 dB(圖5b)，由于Q因子的小幅降低，隔離度略低于以前。然后我們直接將DFB激光器和隔離器對(duì)接，并將環(huán)熱鎖定到激光上。為了驗(yàn)證其隔離性，我們使用二次激光向后通過(guò)設(shè)備發(fā)送脈沖，并測(cè)量它們的傳輸(圖5c,d)。為了確保二次激光與DFB頻率相同，我們?cè)诠怆姸O管上混合激光輸出。

圖5:DFB混合積分。a, DFB激光器與隔離器混合集成的光學(xué)圖像。b，用放大DFB激光器測(cè)量的功率依賴隔離。藍(lán)色數(shù)據(jù)點(diǎn)表示測(cè)量結(jié)果，虛線表示理論擬合。c，混合集成dfb隔離器操作直接測(cè)量的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置示意圖。d，直接耦合DFB激光器開啟和關(guān)閉后向脈沖傳輸。

結(jié)論

我們已經(jīng)演示了利用完全被動(dòng)的克爾效應(yīng)的片上光學(xué)隔離器。通過(guò)調(diào)整耦合參數(shù)，我們?cè)诓迦霌p耗和隔離之間進(jìn)行了權(quán)衡，演示了插入損耗僅為1.8 dB，隔離為17 dB的器件，單環(huán)隔離高達(dá)23 dB。由于這些隔離器的集成性質(zhì)，它們可以很容易地級(jí)聯(lián)以提高性能。通過(guò)級(jí)聯(lián)兩個(gè)環(huán)，我們實(shí)現(xiàn)了35db的隔離和5db的插入損耗。最后，我們演示了該器件用于隔離邊緣耦合DFB激光芯片的輸出。

由于這些設(shè)備是完全無(wú)源和無(wú)磁的，它們不需要外部驅(qū)動(dòng)器，并且可以在不產(chǎn)生任何電磁干擾或磁場(chǎng)背景的情況下運(yùn)行。盡管如此，它們的性能仍然與最先進(jìn)的有源和磁性集成隔離器具有競(jìng)爭(zhēng)力。此外，來(lái)自商業(yè)代工廠的更好控制的制造將允許更高的質(zhì)量因子，并實(shí)現(xiàn)兩個(gè)以上環(huán)的級(jí)聯(lián)，將20 dB隔離的功率閾值降低到2 mW以下，可實(shí)現(xiàn)的隔離超過(guò)70 dB。由于許多混合和異質(zhì)集成光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)在克爾材料中包含高質(zhì)量的光子學(xué)，這種類型的隔離器可以立即納入最先進(jìn)的集成光子學(xué)。

圖S1：a.線性濾波器寬帶隔離原理圖。紅色為泵，綠色為泵的反向傳播信號(hào)簡(jiǎn)并，藍(lán)色為隔離器的反向諧振的反向傳播信號(hào)。b.系統(tǒng)頻率響應(yīng)。線性濾波器傳輸泵和阻擋光的傳輸，可以通過(guò)隔離器在XPM共振。c.通過(guò)設(shè)計(jì)線性濾波器，使其具有不是隔離器FSR倍數(shù)的FSR(自由光譜范圍)，可以實(shí)現(xiàn)超寬帶隔離。

圖S2：隔離器分散。測(cè)量環(huán)形諧振腔模式的綜合色散。基本模式顯示在插圖中，圖中深藍(lán)色部分保持正常色散，允許高功率輸入泵沒(méi)有偽OPO。兩個(gè)高階模的色散用淺藍(lán)色表示。該環(huán)的FSR為240.5 GHz。

圖S3：隔離器模型。a.熱拉隔離環(huán)正向傳動(dòng)。藍(lán)色越深，輸入功率越高。b.熱拉隔離環(huán)反向傳動(dòng)。深藍(lán)色代表更高的泵功率。由于失諧隨輸入功率的增加而增加，我們期望看到在每個(gè)功率級(jí)別上具有最大失諧的洛倫茲傳輸，如虛線所示。

圖S4：實(shí)驗(yàn)比較。左圖為理論反向傳輸曲線，右圖為相應(yīng)實(shí)驗(yàn)圖。上一行顯示了功率依賴的反向傳輸(以dB為單位)。下一行顯示堆疊的反向傳輸軌跡。右下角插圖顯示提取的功率相關(guān)隔離擬合與左下角圖中相同的理論曲線。

文章來(lái)源：

https://optics.org/news/13/12/5

https://www.nature.com/articles/s41566-022-01110-y