用于完全集成氮化硅光子学的高性能激光器

       氮化硅光子学是近年来新兴的研究领域，因为与传统硅基或InGaAsP基波导相比，最新的光子器件必须有更好的性能。作为一种完全兼容CMOS的材料，SiN基波导具有低光传输损耗、从可见光到红外波长透明度宽、低热光系数、无非线性吸收损耗等特点，从而形成了芯片尺度非线性光子学、高保真集成微波光子学系统和超宽带集成光子电路的主干。因此，基于SiN的光子元件得益于其材料优越的无源特性，代表了集成光子学的最先进的性能，包括频率梳发生器、光学陀螺仪、射频滤波等等。

        然而，由于与有源器件(包括激光器、调制器、放大器和光电探测器)的集成非常困难，SiN光子学在很大程度上被限制在独立组件级别。首先，SiN作为介质材料，缺乏有效载流子辐射复合或电光效应的直接能带，而这两者分别是激光器和调制器的基础。此外，SiNx在通讯波长(1.55 μ m)处的折射率约为2（这取决于硅含量），这种低折射率材料在通过直接异质III-V/SiN集成与主动III-V增益材料集成时存在很大困难，类似于异质III-V/Si集成，但在光学互连应用中取得了成功。

       近日，美国加州大学圣巴巴拉分校的John E. Bowers教授团队报导了高性能的SiN激光器，通过SiN波导和亚KHz基线宽度输出数十毫瓦的功率，解决了上述所有问题。他们还表明，利用开发的集成技术可以实现Hz级基本线宽激光器。这些激光器，连同高Q SiN谐振器，标志着一个完全集成的低噪声氮化硅光电平台的里程碑。这种激光器在激光雷达、微波光子学和相干光通信等领域具有广泛的应用前景。相关工作发表在《NATURE COMMUNICATIONS》上。（郑江坡）

       文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26804-9