华中科技大学的研究人员提出了一种具有创纪录的20级相变材料(PCM)中间态的像素化可编程光子集成电路(PIC)。

这项工作发表在《国际极限制造杂志》上，可以为激光诱导相变材料在神经形态光子学、光学计算和可重构超表面中的应用铺平道路。

华中科技大学机械科学与工程学院通讯作者朱金龙教授解释说：“基于可编程相变材料的PIC和超表面的研究主要利用热退火和电热开关。相比之下，基于自由空间激光的多层相变材料开关显着增强了相位调制的灵活性。”

可编程PIC已成为光通信、传感器和光子神经网络等各个领域的强大平台。由于硫族化物相变材料的非晶态和晶态之间的折射率差异较大(Δn>1)，研究人员研究了纳米光子平台中的相变材料来执行可编程光学功能。

尽管非晶态和晶态低损耗相变材料的研究取得了重大进展，但微米级多能级中间态的研究仍处于起步阶段。基于可编程PCM的PIC和超表面的研究主要利用热退火和电热开关。

因此，使用具有自由空间激光开关的多级PCM进行相位调制并具有超高灵活性的可编程PIC和超表面很少有报道。

研究人员研究了单个Sb2S3元素在微尺度上的激光写入多级中间态。通过优化激光脉冲的功率和数量，在120~320个脉冲范围内实现了单个Sb2S3像素的20级中间态。相变像素的直径约为1.2μm，这是由聚焦激光引起的。

利用微米级激光写入系统实现的多级中间态，研究人员在可编程马赫-曾德尔干涉仪中模拟了基于Sb2S3的移相器，并证明其可以在785纳米波长。通过这种方式，超大规模像素化非易失性可编程PIC的可用性已通过仿真得以证明。

基于Sb2S3矩阵的可编程光子集成电路可以对通用可编程光子电路和光子神经网络产生积极影响。此外，激光诱导可编程设备的应用为神经形态光子学、光学计算和可重构超表面开辟了道路。

研究人员正在继续这项工作，将像素化可编程相变材料应用于可编程光子集成电路和超表面。

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