新華社上海5月9日電(記者董雪、張泉)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)銜的團隊在該領(lǐng)域取得突破性進展,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隊的“絕活”——“萬能離子刀”異質(zhì)集成技術(shù)?!拔覀冊阢g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的‘炸彈’,可以‘削’下一層納米厚度的單晶薄膜?!眻F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?,應(yīng)用價值極高?!跋噍^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,極大擴展了光學設(shè)計自由度。”歐欣說。
歐欣團隊與瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院托比亞斯·基彭貝格(Tobias Kippenberg)團隊進一步開發(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,團隊首次在X切型電光平臺中成功產(chǎn)生了孤子光學頻率梳,結(jié)合其電光可調(diào)諧性質(zhì),有望在激光雷達、精密測量等方面實現(xiàn)應(yīng)用。
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