低损耗光子集成电路;用于x射线调制的MEMS;超导体和人工智能。
低损耗光子集成电路
EPFL的研究人员建立了一个光子集成电路具有超低损耗。
研究小组重点研究了氮化硅(Si3N4)，它的光学损耗比硅低几个数量级。它被用于低损耗应用，如窄线宽激光器，光子延迟线和非线性光子学。
在将该材料应用于光子集成电路时，他们利用了EPFL开发的光子大马士革工艺。利用这一工艺，该团队制作了光学损耗仅为1 dB/m的集成电路，这是任何非线性集成光子材料的记录值。
据研究人员介绍，这种低损耗显著降低了构建芯片级光频率梳的功率预算，这些光频率梳用于相干光收发器、低噪声微波合成器、激光雷达、神经形态计算和光原子钟等应用。该团队使用新技术在5×5 mm2芯片和高质量因子微谐振器上开发了一米长的波导。他们还报告了高制造成品率。
“这些芯片器件已经被用于参数光学放大器、窄线宽激光器和芯片级频率梳，”EPFL微纳米技术中心(CMi)的Junqiu Liu博士说。“我们也期待看到我们的技术被用于相干激光雷达、光子神经网络和量子计算等新兴应用。”
用于x射线调制的MEMS
阿贡国家实验室的研究人员开发了一种MEMS设备来调制x射线。新x射线optics-on-a-chip该设备的尺寸约为250微米，重量仅为3微克，比传统的x射线光学设备快100至1000倍，而传统的x射线光学设备往往体积庞大。
美国能源部阿贡国家实验室的研究团队负责人王金说:“我们新的超快芯片光学系统将使x射线研究和应用成为可能，这可能对理解快速发展的化学、材料和生物过程产生广泛影响。”“这将有助于开发更高效的太阳能电池、先进的计算机存储材料和设备，以及更有效的药物来对抗疾病。”
研究小组研究了MEMS，因为它们被用来操纵光进行高速通信，王说。“我们想知道基于mems的光子器件是否能像处理可见光或红外光一样，对x射线发挥类似的功能。”
他们发现，基于mems的快门尺寸和重量都非常小，这使得它可以以相当于每分钟100万转(rpm)的速度振荡。研究人员利用这种高速和MEMS材料的x射线衍射特性创造了一个极快的x射线快门。
该设备是使用阿贡先进光子源同步加速器的x射线源进行演示的。“虽然我们在一个大型x射线同步加速器设施中演示了该设备，但完全开发完成后，它可以与科学实验室或医院中发现的传统x射线发生器一起使用，”王补充说。“同样的技术也可以用于开发其他设备，如用于放射治疗的精确剂量输送系统或用于非破坏性诊断的快速x射线扫描仪。”
该团队正在努力使设备更多功能和更坚固，以便它们可以长时间连续使用。他们还将外围系统与基于芯片的MEMS设备集成到可部署的独立仪器中。
超导体与人工智能
美国国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员提出了一种方法，通过将光子组件与人工智能集成在一起，实现大规模的通用人工智能超导电子而不是半导体电子。
NIST的作者Jeffrey Shainline说:“我们认为，通过在低温下操作，使用超导电子电路、单光子探测器和硅光源，我们将开辟一条通往丰富计算功能和可扩展制造的道路。”“最让我惊讶的是，在低温下工作并使用超导体时，光电集成可能比在室温下工作并使用半导体时容易得多。”
他们指出，超导光子探测器只能捕获一个光子，而半导体光子探测器需要大约1000个光子。
虽然超导电子器件需要保持在接近4开尔文的低温状态，因此不适用于室温应用，但研究人员认为先进的计算系统可以利用这一概念。最终，他们认为它可以用于设计一个人脑规模或更大的人工智能硬件系统。
研究人员计划探索与其他超导电子电路更复杂的集成，并展示构成人工认知系统的所有组件，包括突触和神经元。
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