光子学的革命：钽酸锂为下一代光路提供动力

基于钽酸锂的新型光子集成电路技术提高了成本效率和可扩展性，在光通信和计算方面取得了重大进展。

光子集成电路（PICs）的快速发展使光通信和计算系统发生了革命性的变化，它在单个芯片上结合了多个光学器件和功能。

几十年来，硅基PICs由于其成本效益和与现有半导体制造技术的集成而主导了该领域，尽管它们在电光调制带宽方面存在局限性。尽管如此，绝缘体上的硅光收发器芯片已经成功商业化，在现代数据中心通过数百万条玻璃纤维驱动信息流量。

新兴铌酸锂平台

近年来，绝缘体上的铌酸锂（Lithium Niobate）晶圆平台由于其强大的波克尔斯系数而成为光子集成电光调制器的优越材料，这是高速光调制所必需的。然而，高成本和复杂的生产要求阻碍了铌酸锂的广泛应用，限制了其商业整合。

而钽酸锂（LiTaO3）是铌酸锂的近亲，有望克服这些障碍。它具有类似的优异电光质量，但在可扩展性和成本方面比铌酸锂更具优势，因为它已经被电信行业广泛用于5G射频滤波器。

现在，由EPFL的Tobias J. Kippenberg教授和上海微系统与信息技术研究所（SIMIT）的欧欣教授领导的科学家们已经创建了一个基于钽酸锂的新的PIC平台。PIC利用材料的固有优势，可以通过使高质量的PIC更具经济可行性来改变该领域。这一突破发表在5月8日的《自然》杂志上。

制造业技术创新

研究人员开发了一种钽酸锂的晶圆键合方法，该方法与绝缘体上的硅生产线兼容。然后，他们用类金刚石碳覆盖薄膜钽酸锂晶片，并开始蚀刻光波导、调制器和超高质量因数微谐振器。

蚀刻是通过结合深紫外（DUV）光刻和干式蚀刻技术实现的，最初是为铌酸锂开发的，然后经过精心调整，用于蚀刻更硬、更惰性的钽酸锂。这种适应性包括优化蚀刻参数以最小化光损耗，这是实现光子电路高性能的关键因素。

成就与展望

通过这种方法，该团队能够制造出在电信波长下光学损失率仅为5.6 dB/m的高效钽酸锂PIC。另一个亮点是电光马赫-曾德尔调制器（MZM），这是一种广泛应用于当今高速光纤通信的设备。钽酸锂MZM可以提供1.9 V cm的半波电压长度产品和40 GHz的电光带宽。

“在保持高效光电性能的同时，我们还在这个平台上产生了孤子微梳，”该研究的第一作者王成利说。“这些孤子微梳具有大量的相干频率，当与电光调制能力相结合时，特别适用于并行相干激光雷达和光子计算等应用。”

钽酸锂PIC降低了双折射（折射率对光偏振和传播方向的依赖），允许密集的电路配置，并确保在所有电信频段的广泛操作能力。这项工作为可扩展的、具有成本效益的先进光电PIC制造铺平了道路。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！