本文摘要：以光子作为信息载体来构建超高速超宽带信息处理芯片，不但是信息技术发展的最重要目标，也是人们长期以来执着的梦想之一。芯片上超快全光互相交换需要将给定一个输出波导中的信号光转换到给定一个输入波导，是构建超高速超宽带信息处理芯片的最核心器件之一，其芯片上构建实用化拒绝的4个最重要指标是：超强低能耗、超快号召、芯片上启动时、多波长(或宽带)操作者。其构建机理是利用三阶非线性光学Kerr效应，即信号光(或掌控光)诱导折射率转变。

以光子作为信息载体来构建超高速超宽带信息处理芯片，不但是信息技术发展的最重要目标，也是人们长期以来执着的梦想之一。芯片上超快全光互相交换需要将给定一个输出波导中的信号光转换到给定一个输入波导，是构建超高速超宽带信息处理芯片的最核心器件之一，其芯片上构建实用化拒绝的4个最重要指标是：超强低能耗、超快号召、芯片上启动时、多波长(或宽带)操作者。其构建机理是利用三阶非线性光学Kerr效应，即信号光(或掌控光)诱导折射率转变。一方面，由于一般来说的半导体材料和有机聚合物材料的三阶非线性光学系数比较较小，全然依赖硅基光子学和有机光子学很难构建低能耗的片上超快全光互相交换。

另一方面，由于喜金属材料内在的欧姆损耗造成表面等离激元较小的传输损耗，全然利用表面等离激元很难构建大规模片上超快光互相交换阵列。因此，目前国际上在该领域的实验研究中不存在的难题是，无法在构建光子电路中构建超强低能耗、超快号召、片上启动时、多波长操作者的全光互相交换。

这就相当严重容许了片上全光互相交换在超高速超宽带信息处理芯片和构建光子电路中的应用于。　　北京大学龚旗煌院士和胡小永教授领导的研究团队明确提出填充强化三阶非线性新方法、以及表面等离激元-介电光子纳米填充结构新的构型，取得了同时具备皮秒量级超快号召和极大三阶非线性系数的多组分纳米复合材料nano-Au:(IR140:PDTP-DFBT)，并且将表面等离激元和介电光子学的优势结合，以具备强光场局域和场强化效应的表面等离激元纳米填充腔作为电源单元，表面等离激元纳米填充腔获取片上表面等离激元感应器半透明，能获取4个工作波长;以超低损耗氮化硅狭缝光波导作为相连波导，制取出有由氮化硅狭缝光波导相连4个表面等离激元纳米填充腔所包含的低损耗片上22全光互相交换器件，并在其上表面复涂抹纳米复合材料nano-Au:(IR140:PDTP-DFBT)，然后在纳米复合材料nano-Au:(IR140:PDTP-DFBT)上表面制取氮化硅掌控波导，利用上层掌控波导的倏逝场启动时电源单元来构建片上启动时的全光互相交换的功能。将仅有光互相交换的掌控光阈值光功率减少4个数量级，掌控透射减少到450kW/cm2，同时维持63ps的超快时间号召，并具备4个工作波长。

仅有光互相交换功能的构建也可以利用信号光本身启动时电源单元来构建。这样构建了超强低能耗、超快号召、片上启动时、多波长操作者的全光互相交换器件。

　　这项研究工作为解决构建光子器件研究所面对的材料瓶颈难题获取了一条新思路，有助推展超大规模片上构建仅有光互相交换的实用化研究，而且为构建超高速三维构建光子逻辑处置功能芯片获取了一条新途径。

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