一种新型低成本高效率光子集成电路
光子集成电路(PIC)的快速发展将多个光学设备和功能集成在单个芯片上，彻底改变了光通信和计算系统。
几十年来，硅基 PIC 凭借其成本效益以及与现有半导体制造技术的集成而占据主导地位，尽管其电光调制带宽存在限制。尽管如此，硅基 PIC 还是成功实现了商业化，通过现代数据中心的数百万根玻璃光纤推动信息流量。
最近，铌酸锂绝缘体晶片平台因其高普克尔斯系数而成为光子集成电光调制器的优质材料，而普克尔斯系数对于高速光调制至关重要。然而，高成本和复杂的生产要求阻碍了铌酸锂得到更广泛的应用，限制了其商业化集成。
钽酸锂 (LiTaO 3 ) 是铌酸锂的近亲，有望克服这些障碍。它具有类似的出色电光特性，但在可扩展性和成本方面比铌酸锂更具优势，因为它已被电信行业广泛用于 5G 射频滤波器。
现在，由洛桑联邦理工学院 Tobias J. Kippenberg 教授和上海微系统与信息技术研究所 (SIMIT) 欧欣教授领导的科学家创建了一个基于钽酸锂的新型 PIC 平台。PIC 利用了该材料的固有优势，可以通过使高质量 PIC 更具经济可行性来改变该领域。这一突破发表在《自然》杂志上。
研究人员开发了一种钽酸锂晶圆键合方法，该方法与绝缘体上硅生产线兼容。然后，他们用类金刚石碳掩盖薄膜钽酸锂晶圆，并开始蚀刻光波导、调制器和超高品质因数微谐振器。
蚀刻是通过结合深紫外 (DUV) 光刻和干蚀刻技术实现的，这些技术最初是为铌酸锂开发的，后来经过精心调整，用于蚀刻更硬、更惰性的钽酸锂。这种调整涉及优化蚀刻参数以最大限度地减少光损失，这是实现光子电路高性能的关键因素。
通过这种方法，该团队能够制造出高效的钽酸锂 PIC，其光损耗率在电信波长下仅为 5.6 dB/m。另一个亮点是电光马赫曾德尔调制器 (MZM)，这是当今高速光纤通信中广泛使用的设备。钽酸锂 MZM 的半波电压长度积为 1.9 V cm，电光带宽可达 40 GHz。
“在保持高效电光性能的同时，我们还在这个平台上生成了孤子微梳，”该研究的第一作者丽说。“这些孤子微梳具有大量相干频率，与电光调制功能相结合，特别适合并行相干激光雷达和光子计算等应用。”
钽酸锂 PIC 的双折射(折射率对光偏振和传播方向的依赖性)较低，可实现密集的电路配置，并确保所有电信频段的广泛操作能力。这项工作为可扩展、经济高效地制造先进电光 PIC 铺平了道路。
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