低損耗硅晶圓光導(dǎo)：推動下一代光子集成電路發(fā)展

  ICC訊   將光纖優(yōu)異的低損耗性能延伸到光子芯片上，一直是光電子領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，美國加州理工學(xué)院團隊終于在可見光波段，成功制備出光纖水平的低損耗硅晶圓光導(dǎo)。這項進(jìn)展將推動下一代高性能、高相干性的光子集成電路的發(fā)展，未來可廣泛應(yīng)用于片上光學(xué)時鐘、陀螺儀等精密測量系統(tǒng)，以及人工智能數(shù)據(jù)中心通信和量子計算等領(lǐng)域。該成果發(fā)表于最新一期《自然》雜志。

  團隊開發(fā)出一種新方法，可將與光纖相同的鍺硅酸鹽玻璃以光刻工藝制備在硅晶圓上，在光子芯片低損耗光導(dǎo)研究方面取得關(guān)鍵突破。他們使用8英寸或12英寸晶圓，制備出螺旋狀鍺硅酸鹽玻璃波導(dǎo)。這種結(jié)構(gòu)能在有限面積內(nèi)有效延長光路，同時材料便于與光纖和半導(dǎo)體激光器高效耦合，有助于降低數(shù)據(jù)中心等設(shè)施的能耗。

  相比當(dāng)前廣泛使用的氮化硅材料，新平臺在近紅外波段已具備相當(dāng)性能，在可見光波段優(yōu)勢更為明顯。再通過低溫退火工藝，波導(dǎo)表面可達(dá)到原子級平整，顯著抑制散射損耗。在可見光波段，其性能較氮化硅現(xiàn)有紀(jì)錄提升約20倍。

  盡管芯片尺寸僅約2厘米，但光在環(huán)形諧振腔等器件中的有效路徑長度可達(dá)米至千米量級，此時低損耗尤為關(guān)鍵。

  低損耗特性直接提升了器件性能?；谠撈脚_制備的激光器件，其相干時間較上一代技術(shù)提高100多倍。這一方法也擴展了可用波長范圍，有助于實現(xiàn)芯片級原子傳感器、光學(xué)時鐘和離子阱系統(tǒng)。

  目前，團隊已利用該材料制備出環(huán)形諧振器、多種激光器及非線性頻率生成器等。

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