[發明專利]基于鈮酸鋰的片上級聯MZI可重構量子網絡

在審

• 申請號: 202010771043.5
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111898741A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 金賢敏;王楚涵;徐劍;李軒坤
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06N3/04
• 分類號: G06N3/04;G02F1/365;G02F1/225;G02F1/21;G02B6/132;G02B6/136
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種基于鈮酸鋰的片上級聯MZI可重構量子網絡架構，其特征在于，包括：作為神經網絡輸入層的輸入波導陣列、與輸入波導陣列光連接且作為神經網絡隱藏層的若干MZI、可飽和吸收器陣列、非線性光學單元以及作為神經網絡輸出層的探測器陣列，其中：MZI之間相互連接并根據第一陣列光信號線性轉換為第二陣列光信號，可飽和吸收器陣列可飽和吸收器陣列中的每個可飽和吸收器接收第二陣列光信號中的相應光信號并將其非線性地轉換為第三陣列光信號并由探測器陣列探測得到；

所述的第一陣列光信號來自波導的輸入光場，具體為：Z⁽ⁱ⁾＝|E|²，其中：E是波導中的電場強度；

所述的第二陣列光信號經過光學干涉，具體為：Z⁽¹⁾＝W₀X，其中：W₀是代表光學干涉的矩陣；

由第二陣列光信號非線性轉換得到的第三陣列光信號具體為：Y＝W₀h(ⁱ⁾，其中：h⁽ⁱ⁾是通過非線性光學單元實現的激活函數，h⁽ⁱ⁾＝f(Z⁽ⁱ⁾)。

2.根據權利要求1所述的基于鈮酸鋰的片上級聯MZI可重構量子網絡架構，其特征是，所述的馬赫-曾德爾干涉儀包括：用于改變MZI的分束比的第一移相器、用于改變MZI的一個輸出的相位的第二移相器。

3.根據權利要求1所述的基于鈮酸鋰的片上級聯MZI可重構量子網絡架構，其特征是，每個隱藏層包括：光學干涉單元和非線性光學單元以實現奇異值分解，從而實現對輸入光信號的任意線性變換。

4.根據權利要求3所述的基于鈮酸鋰的片上級聯MZI可重構量子網絡架構，其特征是，所述的光學干涉單元包括：第一MZI陣列應用矩陣V實現運算、衰減器或放大器應用矩陣S實現乘法運算、第二MZI陣列應用矩陣U實現乘法運算，其中：光學干涉單元使用矩陣M對輸入信號應用矩陣乘法：M＝USV^*，其中：U為一個酉矩陣，S為一個對角為非負實數的m×n維對角矩陣，V^*為n×n維酉矩陣V的復共軛；

所述的非線性光學單元包括一組可飽和吸收器的陣列。

5.根據權利要求1所述的基于鈮酸鋰的片上級聯MZI可重構量子網絡架構，其特征是，所述的光學干涉單元包括：互連的MZI，每個MZI包括兩個輸入波導、兩個臂以及兩個輸出波導，每個MZI還包括設置于一個臂上的第一移相器和設置于一個輸出波導上的另一個第二移相器，第一移相器控制由兩個輸出波導之間的分束比；第二移相器控制由兩個輸出波導之間的相位延遲；從而每個MZI對由兩個輸入波導接收的光信號進行酉變換：

6.根據權利要求1～5中任一所述的基于鈮酸鋰的片上級聯MZI可重構量子網絡架構的制備方法，其特征在于，包括下列步驟：

步驟1、等離子體增強化學沉積二氧化硅：

①由上往下依次為鈮酸鋰薄膜、二氧化硅襯底以構成薄膜樣品；

②等離子體增強化學沉積法沉積二氧化硅，以作為鈮酸鋰刻蝕的掩膜層，從而使刻蝕鈮酸鋰的過程中的MZI受到保護并刻蝕得更深，同時在遠離鈮酸鋰薄膜材料暴露在外；

步驟2、電子束光刻：

①由上往下依次涂上用于降低MZI波導的粗糙度的導電膠和光刻膠；

②通過電子束光刻系統來進行電子束光刻，從而能夠實現亞微米級的MZI的制備；

③對光刻膠顯影、定影，直到形成穩定的需要的圖案層；

步驟3、反應離子刻蝕SiO₂：將已有穩定圖案層的薄膜進行反應離子刻蝕，直到把相應區域的二氧化硅刻蝕完全；

步驟4、刻蝕鈮酸鋰：調整步驟1中的二氧化硅的掩膜層厚度以及刻蝕參數，直到刻蝕反應到需要的波導深度；形成帶有二氧化硅掩膜的鈮酸鋰圖案層和脊狀波導，即不同深度的MZI；

步驟5、殘余層清洗：

①將經過刻蝕的薄膜樣品放置于腐蝕液中，使用有機去膠液清洗掉殘存的光刻膠，直到光刻膠完全去除；

②將去除光刻膠的樣品放入5％的HF溶液中，對剩余的二氧化硅層進行腐蝕，直到二氧化硅層完全去除；

步驟6、電子束蒸鍍沉積電極：

①底部金屬電極采用標準PMMA/MMA雙層剝離工藝形成；

②電極是用電子束蒸鍍沉積的。