研究人员创造了一种碳化硅光子集成芯片，可以通过施加电信号进行热调谐。总有一天，这种方法可以用来制造各种可重构器件，例如用于网络应用和量子信息处理的移相器和可调光耦合器。
虽然大多数光学和计算机芯片是由硅制成的，但人们对碳化硅越来越感兴趣，因为它比硅具有更好的热、电和机械性能，同时它是生物相容的，可以在可见光到红外的波长下工作。
在光学协会(OSA)的《光学快报》中，以佐治亚理工学院的阿里阿迪比(Ali Adibi)为首的研究人员详细介绍了如何将称为微环谐振器的微加热器和光学器件集成到SiC芯片中。这一成就代表了第一个完全集成和热可调的碳化硅光开关，工作在近红外波长。
该论文的第一作者吴说：“我们在这项工作中演示的设备可以作为下一代量子信息处理设备的基础，并且可以创建生物相容的传感器和探针。”
SiC对于量子计算和通信应用特别有吸引力，因为SiC的缺点是它可以被光学控制和操纵成量子位或量子位。量子计算和通信有望比传统计算更快地解决一些问题，因为数据是以量子位编码的，并且可以同时以两种状态的任意组合进行编码，因此可以同时执行许多过程。
晶圆级制造
这项新工作基于研究人员先前开发的绝缘体上晶体SiC平台，克服了先前报道的SiC平台的一些漏洞和其他缺点，提供了一种简单可靠的与电子设备集成的方式。
研究团队成员范表示：“我们团队首创的绝缘体上硅平台，类似于半导体行业各种应用中广泛使用的绝缘体上硅技术。研究团队成员Ali A. Eftekhar表示：“它可以实现SiC器件的晶圆级制造，为基于SiC的集成光子量子信息处理解决方案的商业化铺平了道路。"
充分利用新平台的独特功能，需要开发调整其光学特性的能力，从而可以使用基于单个芯片的结构来提供不同的功能。研究人员利用热光效应实现了这一目标，在热光效应中，改变材料的温度会改变其光学特性，如折射率。
首先，他们在晶体绝缘体上使用碳化硅技术来制造微小的环形光学腔或微环形谐振器。在每个谐振器中，围绕环传播的一些波长的光(称为谐振波长)将通过相长干涉得到增强。然后，谐振器可以用来控制耦合到其波导中的光的振幅和相位。为了创造一个高度可控的可调谐振器，研究人员在微环顶部制作了一个电加热器。当电流施加到集成微加热器时，由于热光效应，会局部升高SiC微环的温度，从而改变其谐振波长。
测试集成设备
研究人员通过施加不同水平的电功率，然后测量耦合到微环谐振器的波导的光传输，来测试所制造的集成微环谐振器和微加热器的性能。他们的结果表明，可以通过现有的半导体铸造工艺制造的坚固器件来实现具有低功率热可调性的高质量谐振器。
该团队负责人阿里阿迪比(Ali Adibi)表示：“结合我们的绝缘体上晶体SiC平台的其他独特功能，这些高质量器件对于实现能够在各种波长范围内工作的新型芯片级器件具有基本要求。”“这种芯片级可调性对于执行量子计算和通信所必需的量子操作非常重要。此外，由于SiC的生物相容性，它可能对体内生物传感非常有用。”
研究人员现在正试图利用用于量子光子集成电路的晶体绝缘体上SiC平台来构建组件，包括片上泵浦激光器、单光子源和单光子探测器，它们可以与可调谐微环谐振器一起使用，为先进的光量子计算创建一个完整的功能芯片。
这项工作是三年广泛研究的结果，包括形成具有显著改善的碳化硅材料特性的可靠混合平台，并使用它来形成创新设备。阿里阿迪比研究组的吴、范、阿里阿特尔卡尔为这项工作做出了巨大贡献。阿迪比研究团队的前成员海萨姆莫拉迪内贾德也为该平台的开发做出了贡献(早前发表)。这项工作主要由空军科学研究所资助，授权号为FA 9550-15-1-0342 (G. Pomrenke)。
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