一、光子芯片的工作原理
光子芯片的本质是用光子(光的基本粒子)替代电子作为信息传输和处理的载体,通过在芯片上集成微型光学元件,利用光的干涉、衍射、全反射等物理特性,完成信息的产生、编码、传输、计算和探测。
全反射:光从高折射率介质射向低折射率介质时,入射角超过临界角就会被完全反射回来,不会泄漏。
受激辐射:给半导体材料(如磷化铟)通电后,电子跃迁释放出相干激光,这是芯片上光源的物理起点。
光电效应:光照射到半导体探测器上时,光子能量把电子激发出来,形成电流,从而把光信号还原为电信号。
二、光子芯片的工作流程
第一步:光发射(产光)
激光器产生特定波长的相干光。硅基路线中硅自身不能发光,需外挂DFB/EML激光器耦合进来;InP路线可在芯片上直接集成光源。
第二步:光传输+光调制(运光、写信息)
光进入光波导后以近光速传播。调制器负责把电信号"写"到光上——通过改变光的强度、相位或偏振来编码0和1。核心器件是MZI(马赫-曾德尔干涉仪)或微环谐振器,利用电光效应(如泡克尔斯效应)实现高速调控,TFLN路线调制带宽已达100GHz以上。
第三步:光检测(收光)
探测器(如锗探测器)利用光电效应把光信号转回电信号,交给后续电子电路处理。