幾十年來，儘管矽基積體電路在電光調變頻寬方面存在局限，但由於其成本效益高，並能與現有半導體製造技術相集成，矽基積體電路一直在該領域佔據主導地位。儘管如此，矽絕緣體光收發器晶片還是成功實現了商業化，透過現代資料中心的數百萬根玻璃纖維推動資訊流。現在，光子積體電路（PIC）在單一晶片上整合了多種光學元件和功能，它的快速發展為光通訊和運算系統帶來了革命性的變化。

鉭酸鋰光子積體電路

最近，絕緣體上的鈮酸鋰晶圓平台因其強大的波克爾斯係數而成為光子整合電光調製器的上佳材料。然而，高昂的成本和複雜的生產要求使得鈮酸鋰無法得到更廣泛的應用，限制了其商業整合。

鉭酸鋰（LiTaO3）是鈮酸鋰的近親，可望克服這些障礙。鉭酸鋰（LiTaO3）與鈮酸鋰的近親鉭酸鋰（LiTaO3）有望克服這些障礙。鉭酸鋰具有類似的優異電光質量，但在可擴展性和成本方面比鈮酸鋰更具優勢，因為它已被電信行業廣泛用於5G 射頻濾波器。

現在，EPFL 的Tobias J. Kippenberg 教授和中國科學院上海微系統與資訊技術研究所（SIMIT）的歐欣教授領導的科學家們創建了一種基於鉭酸鋰的新型PIC 平台。這種PIC 充分利用了材料的固有優勢，使高品質PIC 更加經濟可行，從而改變了這一領域。這項突破發表在5月8日的《自然》雜誌。

研究人員為鉭酸鋰開發了一種與矽絕緣體生產線相容的晶片鍵合方法。然後，他們用類鑽石碳掩蔽了薄膜鉭酸鋰晶片，並著手蝕刻光波導、調製器和超高品質因數微諧振器。

蝕刻是透過結合深紫外線（DUV）光刻技術和乾蝕刻技術實現的，這些技術最初是針對鈮酸鋰開發的，後來經過仔細調整，用於蝕刻硬度更高、惰性更強的鉭酸鋰。這種調整包括優化蝕刻參數，以盡量減少光損耗，這是實現光子電路高性能的關鍵因素。

利用此方法，研究團隊得以製造出高效率的鉭酸鋰PIC，其電信波長的光損耗率僅5.6 dB/m。另一個亮點是電光馬赫-澤恩德調製器（MZM），這是當今高速光纖通訊中廣泛使用的一種設備。鉭酸鋰MZM 的半波長長積為1.9 V cm，電光頻寬達40 GHz。

“在保持高效電光性能的同時，我們也在這一平台上生成了孤子微蜂窩，”該研究的第一作者王成利說。 “這些孤子微蜂窩具有大量的相干頻率，與電光調製功能相結合，特別適用於平行相干雷射雷達和光子計算等應用”。

鉭酸鋰PIC 的雙折射（折射率對光的偏振和傳播方向的依賴性）降低，可實現密集的電路配置，並確保在所有電信頻段都具有廣泛的操作能力。這項工作為可擴展、經濟高效地製造先進的電子光學PIC 鋪平了道路。

編譯來源：ScitechDaily