硅基宽带高分辨率免制程傅里叶变换光谱仪

0 下载量 109 浏览量 更新于2024-08-28 收藏 1.4MB PDF 举报
本文报道了一种先进的硅基傅里叶变换光谱仪(FTS),与之前在Nature Communications上发表的研究显著改进,实现了更宽的光谱覆盖范围和更高的分辨率。相比于2018年的一项成果[Nature Communications 9, 665(2018)],新设计的FTS在193 THz附近能获取7 THz宽的频谱,分辨率高达0.11 THz或sub-nm级别,这是先前记录的三倍以上。这一突破性的进步解决了硅光子学中普遍存在的波导宽度制造公差问题,这是该领域的一大挑战。 该光谱仪采用了平衡马赫-泽德勒干涉仪(balanced Mach-Zehnder interferometer,MZI)结构。在传统的硅光子器件中,由于微纳尺度的加工误差,波导宽度的一致性对性能有很大影响。然而,通过创新的设计和优化,研究人员能够使新FTS对制造过程中的这种不一致性具有一定的容忍度,确保了在实际生产中的稳定性和准确性。 该研究的关键在于利用硅材料的优良光学特性以及对干涉效应的精细控制。马赫-泽德勒干涉仪的工作原理是利用光信号在两个分支路径上的相位差来测量光谱信息,当这两个分支的长度不同或受到微小变化时,会导致光的干涉模式发生相应变化,从而反映输入光的频率或波长。通过精确控制和分析这些干涉图案,科学家们能够解析出光的频谱特征。 在实现高分辨率的同时,该FTS还具备了小型化和集成的优势,这使得硅基FTS有潜力在诸如光纤通信、环境监测、化学分析甚至量子计算等应用领域发挥重要作用。整体来看,这项工作不仅提升了硅光子技术的性能极限,也为未来的光谱学研究和实际应用提供了新的可能性,标志着硅基光谱仪技术迈入了一个全新的发展阶段。