近日，悉尼大学的研究团队发表了一项创新研究，宣布他们成功研发出基于表面声波布里渊散射（SAW-SBS）的集成光学芯片。这种技术可以实现光学与声学波动的高效耦合，为光电集成电路领域的高分辨率传感应用提供了新思路。该工作以“On-chip stimulated Brillouin scattering via surface acoustic waves”为题，发表在《APL Photonics》上。
研究背景
表面声波（SAW）在信号处理、滤波以及机械、化学和生物传感等领域被广泛应用，由于其对表面拓扑和周围环境的高灵敏度，表面声波设备具备了作为高效传感器的潜力。然而，以往大多数表面声波的激发依赖于电气方式，如压电材料和指叉换能器（IDTs）。这限制了表面声波与光子集成电路全光学接口的实现。在此次研究中，研究团队通过布里渊散射（SBS）技术首次实现了全光学激发和检测表面声波，从而解决了这一问题。
技术突破：表面声波布里渊散射（SAW-SBS）
布里渊散射是一种将光学波与声学波耦合的非线性光学现象。传统的SBS技术在芯片级波导中受到限制，主要因为声光模式的短交互长度和模式重叠要求。此次研究团队利用GeAsSe玻璃材料中的表面声波，与光波导模式产生了强耦合，成功测得了203 W/m的布里渊增益系数，并将声波共振的线宽缩小至20 MHz。
此次突破不仅在材料本身缺乏足够声导能力的情况下，实现了表面声波的激发，还为非压电材料的表面声波应用提供了新的可能性。该技术使得光子芯片在保留表面灵敏度的基础上，能够进行高分辨率的传感，拓宽了布里渊散射技术在集成光学中的应用前景。
图1：物理概念示意图。
研究意义与应用前景
这种全新的表面声波布里渊散射技术为光子集成电路带来了多项优势。首先，它可以通过检测光波导表面的声学模式，提供前所未有的高分辨率传感能力。由于表面声波传播于波导表面，该技术有望实现对波导周围环境和表面结构的精准感知。其次，这种技术还为未来的可调谐高分辨率信号处理提供了可能性，因为表面声波相较于纵向声波，其频率更低且声波寿命更长，从而能够实现更长的延迟光存储或更窄的滤波带宽。
研究团队指出，这一创新不仅能够推动基于声波的高精度传感器在光学芯片中的集成，还为集成光学器件的全光驱动声波应用开辟了新的途径。特别是，该技术还展示了多种声学模式的激发潜力，未来可能应用于不同环境参数（如应变和温度）的检测与区分。这项技术的成功标志着表面声波技术进入了一个全新的发展阶段。
论文链接：
https://doi.org/10.1063/5.0220496
