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近日，來(lái)自洛桑理工學(xué)院(EPFL)和上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所(SIMIT)的研究人員攜手，成功研發(fā)了一種革命性的新型光子集成電路(PICs)。
這款芯片以鉭酸鋰為材料基礎(chǔ)，不僅性能卓越，而且成本效益高，具備廣泛的應(yīng)用前景。
對(duì)于非專(zhuān)業(yè)人士而言，光子集成電路(PICs)意味著在單一芯片上集成了多種光學(xué)器件和功能。自誕生以來(lái)，PICs在光通信和計(jì)算系統(tǒng)領(lǐng)域已引發(fā)了深刻變革。
多年來(lái)，硅基PICs因其成本效益和與現(xiàn)有半導(dǎo)體技術(shù)的兼容性而備受青睞。然而，硅基PICs在電光調(diào)制帶寬方面存在限制。
盡管如此，硅光收發(fā)器芯片已在絕緣體上成功商業(yè)化，并在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心中驅(qū)動(dòng)著數(shù)百萬(wàn)根玻璃纖維中的信息傳輸，贏得了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。
鉭酸鋰PICs優(yōu)勢(shì)強(qiáng)大
直到最近，絕緣體上的鈮酸鋰晶圓一直是PICs的首選材料。但新研發(fā)的鉭酸鋰PICs憑借其強(qiáng)大的波克爾系數(shù)，已被證實(shí)為高效的光子集成電光調(diào)制器材料，對(duì)高速光調(diào)制至關(guān)重要。
然而，由于鉭酸鋰的生產(chǎn)成本高且制造過(guò)程復(fù)雜，其廣泛應(yīng)用一度受阻。
但現(xiàn)在，研究人員似乎找到了解決方案——鉭酸鋰。這種材料不僅具備與鈮酸鋰相媲美的優(yōu)異電光性能，更在可擴(kuò)展性和成本方面展現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢(shì)。事實(shí)上，它已經(jīng)在電信行業(yè)的5G射頻濾波器中得到了廣泛應(yīng)用。
新研發(fā)的鉭酸鋰PICs，充分利用了這種材料的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)高質(zhì)量制造實(shí)現(xiàn)了更高的成本效益，有望改變光電子領(lǐng)域。
為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員創(chuàng)新地將鉭酸鋰與絕緣體上的硅生產(chǎn)線相結(jié)合，并通過(guò)類(lèi)金剛石碳和精細(xì)蝕刻的光波導(dǎo)、調(diào)制器及微諧振器覆蓋晶圓。
這一蝕刻工藝結(jié)合了深紫外光刻技術(shù)和干式蝕刻技術(shù)，并針對(duì)鉭酸鋰的硬度和惰性特性進(jìn)行了優(yōu)化，以減少光損耗，確保光子電路的高性能。
制備出的鉭酸鋰PICs展現(xiàn)出了高的效率，其在電信波長(zhǎng)下的光損失率低至5.6 dB/m，電光帶寬高達(dá)40 GHz。這些指標(biāo)充分證明了其處理高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，使其成為下一代光通信系統(tǒng)的理想選擇。
引領(lǐng)電信、計(jì)算機(jī)革命？
對(duì)此，該研究的第一作者表示：“在保持高效光電性能的同時(shí)，我們的平臺(tái)還成功生成了孤子微梳。”
他進(jìn)一步解釋?zhuān)?ldquo;這些孤子微梳擁有大量的相干頻率，當(dāng)與電光調(diào)制能力相結(jié)合時(shí)，將特別適用于并行相干激光雷達(dá)和光子計(jì)算等前沿應(yīng)用。”
值得一提的是，鉭酸鋰PICs具有較低的雙折射特性，這意味著它對(duì)光偏振和傳播方向的依賴(lài)較小。這一特性使得電路配置更為緊湊，同時(shí)確保了在所有電信頻段內(nèi)的廣泛操作能力。
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