新型集成太赫兹光子学平台中的有源元件示意图
集成光子学广泛使用片上光学元件，例如嵌入平面平台中的光源、分光器、调制器和高限制波导，以高效地处理和路由光信号。人们对用于电信和传感的集成中红外和太赫兹光子学越来越感兴趣。在太赫兹频率范围内，源集成的一个突出候选者是太赫兹量子级联激光器。
这些设备在高温操作方面的最新进展，加上它们的频率捷变性以及作为频率梳和高速检测器运行的可能性，使它们成为太赫兹光子学的关键构建模块极具吸引力。以前的一些太赫兹集成方法包括混合等离子体波导、单片集成太赫兹收发器、耦合腔器件，以及最近的硅集成器件。
在Light: Science & Applications上发表的一篇新论文中，由苏黎世联邦理工学院的博士生 Urban Senica 和 Giacomo Scalari 教授领导的科学家团队开发了一种新型集成光子平台。
在更复杂的光子系统中，激光集成的一些关键特性是减少电力消耗和与低损耗无源波导的有效耦合。研究人员提出了一个集成太赫兹光子学的新平台，该平台允许信号通过无源元件传播以及宽带传感和电信的相干源集成。
他们利用了公共金属接地平面的存在，选择该接地平面是为了演示将多个有源和无源太赫兹光子组件集成到同一半导体平台上。这种方法允许在 THz 和 RF 频率下进行有效的信号处理。
研究人员专注于宽带和频率梳设备。他们强调了色散、RF 和热性能等几个关键品质因数的改进性能。他们的模型展示了有源和无源元件在同一光子芯片上的共同集成。基本构建块是具有扩展顶部金属化层的高性能平面化双金属波导。类似的波导已被证明对太赫兹和微波应用非常有效。
在太赫兹频率梳的背景下，研究人员表明，控制横向模式对于获得规则的平顶梳状频谱至关重要，主要是减少脊的横向尺寸。然而，宽度不能任意小，因为波导是通过直接在顶部金属覆层上的引线键合连接的。它本质上将有效脊宽度限制为键合线贴片的尺寸。它使具有 50 µm 或以下脊线的设备难以接触并且容易发生故障。直接键合在有源区上会引入缺陷，增加波导损耗和无意中选择特定模式，可能会损害器件的长期性能及其光谱特性。
这些问题在团队的平面化平台内得到解决。将键合线放置在无源、BCB 覆盖区域上方的扩展顶部金属化之上，可防止在有源区域顶部形成任何缺陷或局部热点。它可以制造远低于键合线尺寸的非常窄的波导。
窄波导宽度可用作基本横向激光模式的有效选择机制，也有利于散热和高温连续波（CW）操作。此外，扩展的接触促进了横向热流，并简化了散热器方案中的热量提取。这导致平面化器件的测量最高工作温度得到改善。
