我國科學(xué)家開發(fā)出可規(guī)模制造的光子芯片材料
光子芯片是未來信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ),，業(yè)界一直在尋找可規(guī)模制造光子芯片的優(yōu)勢材料,。中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員歐欣領(lǐng)銜的團(tuán)隊在該領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，他們開發(fā)出鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓,，并成功用其制作高性能光子芯片,。該成果5月8日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》,。
歐欣介紹，不同于電子芯片以電流為信息載體,，光子芯片以光波為信息載體,，能實現(xiàn)低功耗、高帶寬,、低時延的效果,。不過，現(xiàn)階段的光子芯片受限于材料和技術(shù),，面臨效率較低,、功能單一、成本較高等挑戰(zhàn),。
歐欣(前排右一)團(tuán)隊在實驗室。新華社記者董雪 攝
類似于電子芯片將電路刻在硅晶圓上,，團(tuán)隊將光子芯片的光波導(dǎo)刻在鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓上,。該集成晶圓是由“硅-二氧化硅-鉭酸鋰”組成的“三明治”結(jié)構(gòu)，其關(guān)鍵在于最上層薄約600納米的高質(zhì)量單晶鉭酸鋰薄膜及該薄膜與二氧化硅形成的界面質(zhì)量,。
成功制作該薄膜得益于團(tuán)隊的“絕活”——“萬能離子刀”異質(zhì)集成技術(shù),。“我們在鉭酸鋰材料表面下約600納米的位置注入離子，就像埋入了一批精準(zhǔn)的‘炸彈’,，可以‘削’下一層納米厚度的單晶薄膜,。”團(tuán)隊研究人員、文章第一作者王成立說,，這樣制備出的鉭酸鋰薄膜與硅襯底結(jié)合起來,，就形成了鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓。
鉭酸鋰薄膜有優(yōu)異的電光轉(zhuǎn)換特性,，可規(guī)?；圃欤瑧?yīng)用價值極高,。“相較于被廣泛看好的潛在光子芯片材料鈮酸鋰,，鉭酸鋰薄膜制備效率更高、難度更低,、成本更低,，同時具有強電光調(diào)制、弱雙折射,、更寬的透明窗口,、更強的抗光折變等特性，極大擴(kuò)展了光學(xué)設(shè)計自由度,。”歐欣說,。
歐欣團(tuán)隊與瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院托比亞斯·基彭貝格(Tobias Kippenberg)團(tuán)隊進(jìn)一步開發(fā)了超低損耗鉭酸鋰光子芯片微納加工方法,。同時，基于鉭酸鋰光子芯片,，團(tuán)隊首次在X切型電光平臺中成功產(chǎn)生了孤子光學(xué)頻率梳,，結(jié)合其電光可調(diào)諧性質(zhì)，有望在激光雷達(dá),、精密測量等方面實現(xiàn)應(yīng)用,。
