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，業(yè)界一直在尋找可規(guī)模製造光子芯片的優(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(fā)出鉭酸鋰異質(zhì)集成晶圓，並成功用其製作高性能光子芯片。該成果5月8日發(fā)表於國際學術期刊《自然》。
歐欣介紹，不同於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於材料和技術，面臨效率較低、功能單一、成本較高等挑戰(zhàn)。
類似於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(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)，其關鍵在於最上層薄約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。
成功製作該薄膜得益於團隊的「絕活」——「萬能離子刀」異質(zhì)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，這樣製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)模化製造，應用價值極高。「相較於被廣泛看好的潛在光子芯片材料鈮酸鋰，鉭酸鋰薄膜製備效率更高、難度更低、成本更低，同時具有強電光調(diào)製、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(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，基於鉭酸鋰光子芯片，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)應用。
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