哈佛大学高等科学研究院（SEAS）开发出用于精确控制光线的新型干涉仪
发布时间：2025-04-02 17:24:42 阅读数： 554
哈佛大学约翰-保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的应用物理学家们开发出了一种新型干涉仪，这种干涉仪结构紧凑，能对光的频率、强度和模式进行精确控制。
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干涉仪可改变光的特性，广泛应用于光纤通信网络、气体传感和光计算等领域。
新型干涉仪是一种级联模式设备，在硅绝缘体平台上使用单一波导。它可以同时产生多个信号通道，以调整光的振幅和相位，这一过程被称为光学频谱整形。这项技术将多种光操纵技术结合到单个波导中，使其适用于先进的纳米光子传感器或片上量子计算。
图1.级联模式干涉仪产生的干涉光谱。
（A）制造的级联模式干涉仪的扫描电子显微镜图像。( B ) 计算得出的 TE 2模式在不同耦合强度下的输出功率谱
（C）测量和计算TE0和TE 2模式的输出功率谱
这项研究由费德里科-卡帕索（Federico Capasso）实验室的博士后学者陆金生领导。这项工作得到了空军科学研究办公室（FA9550-23-1-0699 号奖励）的资助，器件由哈佛大学纳米系统中心制作，并得到了美国国家科学基金会（ECCS-2025158 号奖励）的支持。
“从概念上讲，与特别用于通信的商用高速调制器的技术水平相比，这是一个非常大的进步?！?/span>
——费德里科-卡帕索，哈佛大学约翰-保尔森工程与应用科学学院罗伯特-华莱士应用物理学教授
最常见的干涉仪是马赫-泽恩德干涉仪，它将一束光分成两个通道来切换输出。这些装置虽然应用广泛，但也有局限性，包括无法同时控制光的多种特性。因此，通常需要连续使用多个干涉仪来弥补这些局限性，既占用空间，又降低了信号吞吐量。
图2.级联模式干涉仪的概念。
（A）典型的马赫-曾德尔干涉仪（MZI）有两个输入和两个输出。（B）级联模式干涉仪。( C ) 一般级联模式干涉仪
新开发的级联模式干涉仪改进了马赫-泽恩德设计，将其集成到单芯片波导中。这种装置不是分割光束，而是利用蚀刻在波导上的纳米级光栅图案来管理不同光模式之间的能量交换。
这种设计使新型干涉仪能够通过调整不同波长的强度和特性来精确控制光谱。它能够创造出不同的颜色线或具有特定特征的光波。这项研究展示了干涉仪的功能，并为扩展其功能以处理更多的光模式奠定了理论基础。
