Simulating the signal transmission process in neurons is crucial in computational neuroscience. However, much of the existing researches simplifies signal transmission in a single neuron to a basic mathematical process. In this article, we introduce an all-optical silicon artificial neuron incorporating an aperiodic gold monotile structure. This structure enables the simulation of uniform signal transmission within the axon. Furthermore, we propose a III-V quantum wells protocol to achieve the amplification function of nodes of Ranvier in neurons.

Photonic integrated circuit biochemical and biomedical sensors show promising applications in medical diagnosis, food security, healthcare, and environmental monitoring. Silicon-on-insulator subwavelength grating waveguides and cascaded microring resonator structures enhance photon-analyte interaction, offering superior sensing performance (higher sensitivity with lower limit of detection and larger free spectral range) compared to traditional strip and slot waveguide microring resonator structures. In this study, we design, simulate, and experimentally demonstrate a novel and compact biochemical sensor integrating subwavelength grating cascaded microring resonators and multibox subwavelength grating straight waveguides on a silicon-on-insulator platform. We achieve a record-high refractive index sensitivity of 810 nm/RIU with a limit of detection value of 2.04 × 10–5 RIU. The measured concentration sensitivity for sodium chloride solutions is 1430 pm/% with a limit of detection of 0.04%. The free spectral range is 35.8 nm, and the measured Q factor is 1.9 × 103. By combining the advantages of cascaded microring resonators with those subwavelength gratings, our sensor offers unprecedented sensitivity for biochemical sensing applications, promising significant enhancements in healthcare diagnostics and environmental monitoring systems.

We propose and experimentally demonstrate a dual-wavelength distributed feedback (DFB) laser array utilizing a four-phase-shifted sampled Bragg grating. By using this grating, the coupling coefficient is enhanced by approximately 2.83 times compared to conventional sampled Bragg gratings. The devices exhibit a stable dual-mode lasing achieved by introducing further π-phase shifts at 1/3 and 2/3 positions along the cavity. These devices require only one stage of lithography to define both the ridge waveguide and the gratings, mitigating issues related to misalignment between them. A dual-wavelength laser array has been fabricated with frequency spacings of 320 GHz, 500 GHz, 640 GHz, 800 GHz, and 1 THz. When integrated with semiconductor optical amplifiers, the output power of the device can reach 23.6 mW. Furthermore, the dual-wavelength lasing is maintained across a wide range of injection currents, with a power difference of <3 dB between the two primary modes. A terahertz (THz) signal has been generated through photomixing in a photoconductive antenna, with the measured power reaching 12.8 µW.