前沿| 铌酸锂薄膜成就世界上最小电光调制器

在二氧化硅上键合铌酸锂薄膜，制造出的芯片在数据通信、微波光子学和光量子学等领域具有应用前景。

       据报道，纽约州罗切斯特大学（University of Rochester）的电子工程师宣布，在解决光子学集成电路尺寸缩小问题上，迈出了重要一步。

       罗切斯特团队使用光子学研究人员广泛采用的材料——铌酸锂，制造了他们认为“迄今为止最小的电光调制器”。该调制器是光子学芯片的关键元件，控制光在电路中的移动方式。

       电子和计算机工程教授Qiang Lin在实验室使用铌酸锂薄膜键合在二氧化硅上，制造出的铌酸锂电光调制器不仅尺寸最小，还能运行高速且节能。

Qiang Lin实验室开发的电光调制器结构示意图

这项工作研究成果报道于《自然通讯》。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-17950-7。

       论文主要作者Mingxiao Li是Qiang Lin教授实验室的研究生，他介绍这项成就“为实现大规模铌酸锂光子集成电路奠定了坚实的基础，铌酸锂光子集成电路对数据通信、微波光子学和光量子学应用至关重要。”

       Qiang Lin说，“铌酸锂的电光特性和非线性光学特性等优势是众所周知的，因此已经成为光子学研发的主力材料系统。”

     “然而，目前用块状晶体铌酸锂或薄膜铌酸锂制造的光子器件尺寸都较大，并且难以缩小，这限制了调制效率、能耗和电路集成度。”

      “要制造出质量高、精度高的纳米光子结构，挑战巨大。”

        该调制器项目基于实验室常用的铌酸锂构建光子纳米腔，这是光子芯片中的另一个关键元件。纳米腔只有1微米左右，在室温下只用两个或三个光子来调谐波长。

      “这是我们第一次知道在室温下可以通过这种方式操纵两个或三个光子。”Lin说。调制器可与纳米腔一起构建纳米级光子芯片。

       该研发项目得到了美国国家科学基金会、美国国防威胁降低局和美国国防高级研究计划局（DARPA）的资助。该器件的晶圆代工在康奈尔纳米科学与技术研究中心的工厂完成。