我國科學家開發出可規模制造的光子芯片材料

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業的重要基礎，業界一直在尋找可規模制造光子芯片的優勢材料。中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員歐欣領銜的團隊在該領域取得突破性進展，他們開發出鉭酸鋰異質集成晶圓，并成功用其制作高性能光子芯片。該成果5月8日發表于國際學術期刊《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，能實現低功耗、高帶寬、低時延的效果。不過，現階段的光子芯片受限于材料和技術，面臨效率較低、功能單一、成本較高等挑戰。

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刻在鉭酸鋰異質集成晶圓上。該集成晶圓是由“硅-二氧化硅-鉭酸鋰”組成的“三明治”結構，其關鍵在于最上層薄約600納米的高質量單晶鉭酸鋰薄膜及該薄膜與二氧化硅形成的界面質量。

成功制作該薄膜得益于團隊的“絕活”——“萬能離子刀”異質集成技術。“我們在鉭酸鋰材料表面下約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。”團隊研究人員、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合起來，就形成了鉭酸鋰異質集成晶圓。

鉭酸鋰薄膜有優異的電光轉換特性，可規模化制造，應用價值極高。“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，同時具有強電光調制、弱雙折射、更寬的透明窗口、更強的抗光折變等特性，極大擴展了光學設計自由度。”歐欣說。

歐欣團隊與瑞士洛桑聯邦理工學院托比亞斯·基彭貝格(Tobias Kippenberg)團隊進一步開發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生了孤子光學頻率梳，結合其電光可調諧性質，有望在激光雷達、精密測量等方面實現應用。