研究透視：Nature Photonics-無需光刻 | 內建光子學
內建光子學Integrated photonics，因其固有的高速度，大帶寬和無限的并行性，是緩解日益增長資料流量的關鍵所在。然而，內建光子學技術的主要推動者是高精度光刻技術，用以制造高分辨率的光子結構。
近日，美國 賓夕法尼亞大學（University of Pennsylvania）Tianwei Wu，馮亮Liang Feng等，在Nature Photonics上發文，報道了一種用于內建光子處理器的無需光刻範例，其目标是在有源半導體平台上，動态控制折射率虛部imaginary index的時空調制，而不需要光刻。這與現有技術完全相反，目前光刻調制折射率實部，進而預先定義光子功能的。
研究展示了，一種折射率虛部驅動的方法，進而定制了光學增益分布，以合理地執行規定的光學響應，并配置所需的光子功能，進而路由和切換光信号。利用其實時可重構性，實作了具有非凡靈活性的光子神經網絡，以高精度執行元音識别的原位訓練。
圖1:無光刻內建光子處理器，用于片上信号處理和神經網絡訓練。
圖2:折射率虛部驅動的逆向設計算法。
圖3:折射率虛部驅動的任意矩陣處理器實驗示範。
圖4:元音識别的原位訓練。
（小注：複數折射率可以表示為： ，其中n₁(ω)和n₂(ω)都是實函數，ω是光的頻率，i是虛數機關。複數折射率表示了媒體對光的兩種作用：色散和吸收。
色散是指光在媒體中傳播速度與光的頻率有關的現象。不同頻率的光在同一媒體中可能有不同的傳播速度，導緻光的波長和波矢發生變化。色散可以用複數折射率的實部n₁(ω)來描述。實部越大，色散越明顯。
吸收是指光在媒體中傳播時損失能量的現象。光在媒體中遇到原子或分子時，會與之發生互相作用，導緻光的能量被轉化為其他形式（如熱能）。吸收可以用複數折射率的虛部n₂(ω)來描述。虛部越大，吸收越強。
複數折射率的實部n1(ω)決定了光在媒體中的相位變化，也就是色散；複數折射率的虛部n2(ω)決定了光在媒體中的振幅衰減，也就是吸收。
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本文譯自Nature。
