PIC: CMOS-compatible, monolithic, and high-performance optical isolators on silicon

PIC:CMOS 兼容、单片、高性能硅光隔离器

基本信息

  • 批准号:
    2028199
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-01 至 2023-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Optical isolators are optical diodes which only allow uni-directional transmission of light. They constitute an essential component in chip-scale photonic circuits, although their integration with photonic chips has been challenging due to material and processing incompatibility. The program seeks to develop an isolator solution for chip-scale photonic circuits which can be manufactured leveraging standard semiconductor microfabrication processes offered by the American Institute for Manufacturing Integrated Photonics. Success of the project will have an immediate impact on fields such as optical communications, optical analog computing, and magnetooptical sensing. The scientific research will be tightly integrated with educational and outreach initiatives at MIT and the AIM Photonics Academy. We will also collaborate with the Lab for Education & Application Prototypes to develop both online interactive modules and hands-on experiments for K-12 students and workshop participants from academia, government, and industry around the globe. Technical: Optical isolators are essential optical components safeguarding the stable operation of lasers and photonic integrated circuits (PICs). None of the current approaches for on-chip optical isolation, however, meets the stringent demands for practical deployment of these devices in state-of-the-art PICs: high isolation ratio, minimal insertion loss, broadband operation, small footprint, passive operation, polarization diversity, as well as compatibility with scalable Si manufacturing. This program will lead to a transformative solution to this challenge by developing the first optical isolator on Si that fulfills all the aforementioned requirements. In addition to exploring device design and processing innovations to enable unprecedented high performance, the program will also validate scalable manufacturing and integration of the isolator device through prototyping at the American Institute for Manufacturing Integrated Photonics (AIM Photonics) leveraging standard Si manufacturing processes, followed by backend-compatible monolithic deposition of magnetooptical garnet materials. This multi-faceted approach will provide a practical solution to bridge the large performance gap between current on-chip isolators and the target for their deployment in PICs and solve a longstanding challenge facing the integrated photonics community.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
光隔离器是只允许光的单向传输的光二极管。它们构成了芯片级光子电路的重要组成部分,尽管由于材料和工艺不兼容,它们与光子芯片的集成一直具有挑战性。该计划寻求开发一种用于芯片级光子电路的隔离器解决方案,该解决方案可以利用美国集成光子学制造研究所提供的标准半导体微制造工艺进行制造。该项目的成功将对光通信、光模拟计算和磁光传感等领域产生立竿见影的影响。科学研究将与麻省理工学院和AIM光子学学院的教育和推广活动紧密结合。我们还将与教育与应用原型实验室合作,为来自全球学术界、政府和行业的K-12学生和研讨会参与者开发在线互动模块和动手实验。技术:光隔离器是保障激光器和光子集成电路(PIC)稳定运行的重要光学元件。然而,目前的片上光隔离方法都不能满足这些器件在最先进的PIC中实际部署的严格要求:高隔离率、最小的插入损耗、宽带操作、小占地面积、无源操作、偏振分集以及与可扩展硅制造的兼容性。该计划将通过在硅上开发第一个满足上述所有要求的光隔离器来实现这一挑战的变革性解决方案。除了探索器件设计和工艺创新以实现前所未有的高性能外,该计划还将验证隔离器器件的可扩展制造和集成,方法是在美国制造集成光子学研究所(AIM Photonics)利用标准的硅制造工艺进行原型制作,然后进行磁光石榴石材料的后端兼容单片沉积。这种多方面的方法将提供一个实用的解决方案,以弥合当前片上隔离器与其在PIC中的部署目标之间的巨大性能差距,并解决集成光子界面临的长期挑战。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Substrate‐Dependent Anisotropy and Damping in Epitaxial Bismuth Yttrium Iron Garnet Thin Films
  • DOI:
    10.1002/admi.202300217
  • 发表时间:
    2023-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Takian Fakhrul;Bharat Khurana;H. Nembach;J. Shaw;Yabin Fan;G. Riley;Luqiao Liu;C. Ross
  • 通讯作者:
    Takian Fakhrul;Bharat Khurana;H. Nembach;J. Shaw;Yabin Fan;G. Riley;Luqiao Liu;C. Ross
Crystallization and stability of rare earth iron garnet/Pt/gadolinium gallium garnet heterostructures on Si
Si上稀土铁石榴石/Pt/钆镓石榴石异质结构的结晶及稳定性
  • DOI:
    10.1016/j.jmmm.2022.170043
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Gross, Miela J.;Bauer, Jackson J.;Ghosh, Supriya;Kundu, Subhajit;Hayashi, Kensuke;Rosenberg, Ethan R.;Andre Mkhoyan, K.;Ross, Caroline A.
  • 通讯作者:
    Ross, Caroline A.
Growth of magnetooptical cerium-substituted yttrium iron garnet on yttrium aluminum garnet using ion beam sputtering
  • DOI:
    10.1063/5.0161296
  • 发表时间:
    2023-09-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Yoshihara,Yuki;Ishiyama,Kazushi;Goto,Taichi
  • 通讯作者:
    Goto,Taichi
High Figure of Merit Magneto‐Optical Ce‐ and Bi‐Substituted Terbium Iron Garnet Films Integrated on Si
  • DOI:
    10.1002/adom.202100512
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Takian Fakhrul;S. Tazlaru;B. Khurana;L. Beran;J. Bauer;Michal Vančík;A. Marchese;Ekaterina Tsotsos;M. Kucera;Yan Zhang;M. Veis;C. Ross
  • 通讯作者:
    Takian Fakhrul;S. Tazlaru;B. Khurana;L. Beran;J. Bauer;Michal Vančík;A. Marchese;Ekaterina Tsotsos;M. Kucera;Yan Zhang;M. Veis;C. Ross
Thickness-dependent magnetooptical properties of ion beam sputtered polycrystalline Ce1Y2Fe5O12 films
  • DOI:
    10.1016/j.optmat.2022.112967
  • 发表时间:
    2022-09-29
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Yoshihara,Yuki;Sugita,Tomoya;Goto,Taichi
  • 通讯作者:
    Goto,Taichi
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Caroline Ross其他文献

Follicular monitoring and outcome of in vitro fertilization in gonadotropin-releasing hormone-agonist-treated cycles
  • DOI:
    10.1016/s0015-0282(16)54187-9
  • 发表时间:
    1991-03-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Robert G. Forman;Julian Robinson;Declan Egan;Caroline Ross;Barbara Gosden;David H. Barlow
  • 通讯作者:
    David H. Barlow
Measurement of the Extinction Coefficient of Forward Volume Spin Waves in Yttrium Iron Garnet Films
钇铁石榴石薄膜中前向体积自旋波消光系数的测量
  • DOI:
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Taichi Goto;Naoki Kanazawa;Akihiko Banno;Ryohei Morimoto;Mehmet Cengiz Onbasli ;Yuichi Nakamura;Hiroyuki Takagi;Hironaga Uchida;Koji Sekiguchi;Caroline Ross;Mitsuteru Inoue
  • 通讯作者:
    Mitsuteru Inoue
Repeatable glucocorticoid expression is associated with behavioural syndromes in males but not females in a wild primate
在野生灵长类动物中,可重复的糖皮质激素表达与雄性行为综合征相关,但与雌性无关
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Patrick J. Tkaczynski;Patrick J. Tkaczynski;Caroline Ross;Julia Lehmann;Mohamed Mouna;Bonavaentura Majolo;A. MacLarnon
  • 通讯作者:
    A. MacLarnon
Arthropod Predation by a Specialist Seed Predator, the Golden-backed Uacari (Cacajao melanocephalus ouakary, Pitheciidae) in Brazilian Amazonia
巴西亚马逊流域专业种子捕食者金背乌卡里(Cacajao melanocephalus ouakary,Pitheciidae)对节肢动物的捕食
  • DOI:
    10.1007/s10764-013-9673-0
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Adrian Barnett;B. Ronchi;T. Almeida;A. Deveny;V. Schiel;W. Souza;W. Spironello;Caroline Ross;A. MacLarnon
  • 通讯作者:
    A. MacLarnon
A controlled study to assess the use of in vitro fertilization with donor semen after failed therapeutic donor insemination
  • DOI:
    10.1016/s0015-0282(16)55673-8
  • 发表时间:
    1993-02-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Julian N. Robinson;Gillian M. Lockwood;Anuja Dokras;Declan M. Egan;Caroline Ross;David H. Barlow
  • 通讯作者:
    David H. Barlow

Caroline Ross的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Caroline Ross', 18)}}的其他基金

Magnetic garnet thin films: novel properties through interface and site occupancy engineering
磁性石榴石薄膜:通过界面和位点占用工程获得新特性
  • 批准号:
    2323132
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Ferroelectricity Emerging from Antisite Defects in Complex Oxides
复杂氧化物中反位缺陷产生的铁电性
  • 批准号:
    2132623
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
ECCS-EPSRC: Collaborative Research: Acoustically induced Ferromagnetic Resonance (FMR) assisted Energy Efficient Spin Torque memory devices
ECCS-EPSRC:合作研究:声感应铁磁谐振 (FMR) 辅助节能自旋转矩存储器件
  • 批准号:
    2152528
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Energy Efficient Voltage Controlled Non-volatile Domain Wall Devices for Neural Networks
合作研究:用于神经网络的节能压控非易失性畴壁器件
  • 批准号:
    1954606
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Epitaxial Ceramic Nanocomposites by Design
外延陶瓷纳米复合材料的设计
  • 批准号:
    1911792
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Rare Earth Garnets for Spintronic Research
用于自旋电子学研究的稀土石榴石
  • 批准号:
    1808190
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Directed Self Assembly of Triblock Terpolymer Films
三嵌段三元共聚物薄膜的定向自组装
  • 批准号:
    1606911
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Monolithic magneto-optical isolators for on-chip photonic integration
用于片上光子集成的单片磁光隔离器
  • 批准号:
    1607865
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Monolithic on-chip resonant cavity isolators for photonic integrated circuits
合作研究:用于光子集成电路的单片片上谐振腔隔离器
  • 批准号:
    1231348
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Ferromagnetic Magnetooptical Oxides for Nonreciprocal Photonic Devices
用于不可逆光子器件的铁磁磁光氧化物
  • 批准号:
    1104912
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

12英寸CMOS兼容硅基光子集成芯片制备技术
  • 批准号:
    2025C01002
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于CMOS图像传感器的X射线超快分幅成像技术研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
面向高性能计算的低温CMOS工艺设计库和芯片
  • 批准号:
    2025C01193
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
强辐射环境下CMOS 图像传感器可靠性损伤机理及缺陷演化机制研 究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
CMOS工艺下新型毫米波时控收发机芯片技术研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
面向蓝紫光的 CMOS 集成单光子探测芯片关键技术研究
  • 批准号:
    2024JJ7609
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
可重构超低温CMOS量子比特读取接收机芯片研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    15.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于CMOS生物芯片的分枝杆菌种属及耐药基因高阶多重检测系统构建
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
面向呼吸监测的CMOS-MEMS单片集成多功能传感微系统研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
CMOS兼容的硅基直接外延多波长量子点DFB激光器阵列
  • 批准号:
    62334007
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    222.00 万元
  • 项目类别:
    重点项目

相似海外基金

FET: Small: Increasing Robustness, Efficacy, and Capability of CMOS-Compatible Electronic Ising Machines
FET:小型:提高 CMOS 兼容电子发射机的鲁棒性、效率和能力
  • 批准号:
    2233378
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CMOS-Compatible Short Wavelength Infrared Focal-Plane Arrays (FPAs)
CMOS 兼容短波长红外焦平面阵列 (FPA)
  • 批准号:
    545704-2020
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Alexander Graham Bell Canada Graduate Scholarships - Doctoral
SBIR Phase I: A Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) Compatible Single Photon Avalanche Diode
SBIR 第一阶段:互补金属氧化物半导体 (CMOS) 兼容单光子雪崩二极管
  • 批准号:
    2136226
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Towards a Logical Qubit in Silicon: Scalable 2-qubits Operations in CMOS-compatible Quantum Dots
迈向硅中的逻辑量子位:CMOS 兼容量子点中的可扩展 2 量子位操作
  • 批准号:
    2578471
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Studentship
CMOS-Compatible Short Wavelength Infrared Focal-Plane Arrays (FPAs)
CMOS 兼容短波长红外焦平面阵列 (FPA)
  • 批准号:
    545704-2020
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Postgraduate Scholarships - Doctoral
High kinetic inductance thin films for compact readout of CMOS-compatible spin qubits
用于紧凑读出 CMOS 兼容自旋量子位的高动态电感薄膜
  • 批准号:
    2407155
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Studentship
CMOS-Compatible Short Wavelength Infrared Focal-Plane Arrays (FPAs)
CMOS 兼容短波长红外焦平面阵列 (FPA)
  • 批准号:
    545704-2020
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Postgraduate Scholarships - Doctoral
High-Performance and CMOS-Compatible Electrochemical Random Access Memory For Neuromorphic Computing
用于神经形态计算的高性能且 CMOS 兼容的电化学随机存取存储器
  • 批准号:
    1950182
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Development of CMOS-compatible plasmonics
CMOS兼容等离子体激元的开发
  • 批准号:
    19K22148
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
CMOS-compatible ultra-low-power non-volatile memory and its application to sensor node chip
CMOS兼容超低功耗非易失性存储器及其在传感器节点芯片中的应用
  • 批准号:
    19K11889
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了