无需断电即可重新配置的光耦合器阵列

本文报道了一种基于非易失性低损耗相变材料Sb₂Se₃的光子场可编程耦合器阵列（nv-FPCA）。传统可编程光子芯片（如热光、电光型）需持续通电维持状态，功耗高、体积大；而本研究利用Sb₂Se₃在晶态与非晶态间可逆切换带来的显著折射率变化（Δn > 0.64），将其作为马赫-曾德尔干涉仪（MZI）中的非易失性相位调节器。该设计使单个耦合单元活性长度仅约7.6微米（不足10微米），比当前同类技术缩小15倍以上；实现零静态功耗（配置完成后完全断电仍能保持状态）；同时具备高消光比（>20 dB）、宽带工作能力（>15 nm）和低插入损耗（1.4–1.8 dB）。研究人员验证了该阵列的三大典型功能：（1）光路动态路由——通过调控4个MZI耦合器的状态，可将输入光灵活导向不同输出端口，且在1581–1588 nm波段内端口隔离度均优于20 dB；（2）重构环形谐振腔——将3个耦合器设为环路导通态、第4个设为可调耦合态，即可构建高性能可调谐环腔，实测品质因数Q达8500，自由光谱范围FSR为40 GHz；（3）可重构延迟线——通过切换输入耦合器的“直通”与“交叉”态，可在不依赖谐振的情况下实现28皮秒的光延迟，且易于级联扩展。文章还对比分析了多种主流可编程光子技术（热光、MEMS、相变材料等），指出nv-FPCA在空间受限、功耗敏感场景（如边缘传感器、立方星、微型无人机）中优势突出：它免除了持续驱动电路（如DAC）的能耗与热管理负担，提升了系统鲁棒性（断电不失效），并为未来片上光互连、光信号处理及低功耗光计算硬件奠定基础。