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(shì)材料。中國(guó)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(duì)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(guó)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(shí)現(xiàn)低功耗、高帶寬、低時(shí)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(duì)在實(shí)驗(yàn)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(duì)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(duì)的“絕活”——“萬(wàn)能離子刀”異質(zhì)集成技術(shù)。“我們?cè)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(zhǔn)的‘炸彈’，可以‘削’下一層納米厚度的單晶薄膜�！眻F(tuán)隊(duì)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)模化制造，應(yīng)用價(jià)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(shí)具有強(qiáng)電光調(diào)制、弱雙折射、更寬的透明窗口、更強(qiáng)的抗光折變等特性，極大擴(kuò)展了光學(xué)設(shè)計(jì)自由度。”歐欣說。

歐欣團(tuán)隊(duì)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(duì)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(shí)，基于鉭酸鋰光子芯片，團(tuán)隊(duì)首次在X切型電光平臺(tái)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(cè)量等方面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

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