隔离|破解集成光学大难题：芯片级无源光隔离器成功面世( 四 ) 芯片|激光器|半导体|新型冠状

最后，利用电光调制器(EOM)对探头进行调制，测量隔振器的频率响应。这就产生了我们可以扫过共振的边带。由于只有红移边带会与红移后向共振共振，我们可以扫描边带频率来绘制频率响应(图2e) 。
为了在实验上探究这种权衡，我们制作了一个由16个不同耦合强度和耦合不对称的空气包层氮化硅隔离器组成的阵列(图3bc) 。我们发现这些器件的内在质量因子约为500万。正如预期的那样，耦合越弱、越不对称的器件具有更高的隔离性，但也有更高的插入损耗。我们重点介绍了其中两种器件的性能——一种器件的插入损耗为1.8 db ，隔离阈值为12.9 mW ，另一种器件的插入损耗为5.5 db ，隔离阈值为6.5 mW(图3d) 。这些器件在90 mW时分别显示出16.6 dB和23.4 dB的峰值隔离。

图3:性能优化。 a ，隔离器环示意图，说明关键参数:κ1 ，κ2和γ -输入耦合率，输出耦合率和固有损耗率。 b ，热图显示不同偶联率下的插入损失和峰值隔离。色条限制由每个图的最小值和最大值设定(白色:1.0 db插入损耗， 3.3 db峰值隔离;深蓝色:10.1 db插入损耗， 23.4 db峰值隔离) 。表现良好的参数用蓝色、绿色和橙色圆圈突出显示。 c b的隔离和插入损失的相关性d ，三个突出显示环的泵功率依赖隔离。
由于这些隔离器是集成的，并且可以具有低插入损耗，因此可以在同一芯片上制造和级联多个器件，从而实现隔离的指数级增强(图4a) 。为了验证这一点，我们制造了两个环，第二个环与第一个环有轻微的红失谐。这允许热位移使两个环发生共振并锁定在那里。在给定的泵功率下，当第二个环被单环插入损失乘以第一个环的热牵拉(补充第8节)红失失调时，隔离最大化，整体插入损失最小化。为了表征级联环的隔离，我们首先测量单个环的功率依赖性隔离(图4c) ，使用与图2a相同的泵-探头测量。然后，我们对两个级联环重复此测量，其中一个与第二个环略有红失谐。这些结果如图4de所示。级联环的乘法效应使我们能够实现35db的隔离，插入损耗为~ 5db 。

图4:隔离级联。 a ，级联隔离环示意图。 b ，制造的级联隔离环的光学显微照片。比例尺， 200 μm 。 c ，理论(虚线)和实验(蓝色数据点)功率相关的单环隔离。 d、级联隔离环与110mw泵正向和反向传输。 e ，理论(虚线)和实验(蓝色数据点)级联环的功率依赖隔离。理论拟合是通过将单个环的隔离比乘以从第一个环红移的第二个环来计算的。测量从40mw开始，因为需要这么多的泵浦功率来重叠两个环共振。
最后，我们使用分布式反馈(DFB)激光芯片演示隔离(图5a) 。为了最大化芯片上的泵浦功率，我们使用氧化物包层的倒锥来匹配激光的输出模式，将DFB激光器耦合到芯片上。我们首先通过将DFB激光耦合到透镜光纤并执行泵浦探针测量来表征隔离，如图2a所示。为了使DFB激光在环形共振中调谐，我们使用珀尔蒂尔器件和热敏电阻进行反馈来调节其温度。我们观察到在65 mw输入功率下，隔离度高达13.6 dB(图5b) ，由于Q因子的小幅降低，隔离度略低于以前。然后我们直接将DFB激光器和隔离器对接，并将环热锁定到激光上。为了验证其隔离性，我们使用二次激光向后通过设备发送脉冲，并测量它们的传输(图5cd) 。为了确保二次激光与DFB频率相同，我们在光电二极管上混合激光输出。

图5:DFB混合积分。 a DFB激光器与隔离器混合集成的光学图像。 b ，用放大DFB激光器测量的功率依赖隔离。蓝色数据点表示测量结果，虚线表示理论拟合。 c ，混合集成dfb隔离器操作直接测量的实验测量装置示意图。 d ，直接耦合DFB激光器开启和关闭后向脉冲传输。