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钽酸锂革命：高效光子集成电路引领下一代光通信技术飞跃

导读：对于非专业人士而言，光子集成电路(PICs)意味着在单一芯片上集成了多种光学器件和功能。自诞生以来，PICs在光通信和计算系统领域已引发了深刻变革。

　　近日，来自洛桑理工学院(EPFL)和上海微系统与信息技术研究所(SIMIT)的研究人员携手，成功研发了一种革命性的新型光子集成电路(PICs)。

　　这款芯片以钽酸锂为材料基础，不仅性能卓越，而且成本效益高，具备广泛的应用前景。

　　对于非专业人士而言，光子集成电路(PICs)意味着在单一芯片上集成了多种光学器件和功能。自诞生以来，PICs在光通信和计算系统领域已引发了深刻变革。

　　多年来，硅基PICs因其成本效益和与现有半导体技术的兼容性而备受青睐。然而，硅基PICs在电光调制带宽方面存在限制。

　　尽管如此，硅光收发器芯片已在绝缘体上成功商业化，并在现代数据中心中驱动着数百万根玻璃纤维中的信息传输，赢得了市场的广泛认可。

　　钽酸锂PICs优势强大

　　直到最近，绝缘体上的铌酸锂晶圆一直是PICs的首选材料。但新研发的钽酸锂PICs凭借其强大的波克尔系数，已被证实为高效的光子集成电光调制器材料，对高速光调制至关重要。

　　然而，由于钽酸锂的生产成本高且制造过程复杂，其广泛应用一度受阻。

　　但现在，研究人员似乎找到了解决方案——钽酸锂。这种材料不仅具备与铌酸锂相媲美的优异电光性能，更在可扩展性和成本方面展现出了明显优势。事实上，它已经在电信行业的5G射频滤波器中得到了广泛应用。

　　新研发的钽酸锂PICs，充分利用了这种材料的优势，通过高质量制造实现了更高的成本效益，有望改变光电子领域。

　　为实现这一目标，研究人员创新地将钽酸锂与绝缘体上的硅生产线相结合，并通过类金刚石碳和精细蚀刻的光波导、调制器及微谐振器覆盖晶圆。

　　这一蚀刻工艺结合了深紫外光刻技术和干式蚀刻技术，并针对钽酸锂的硬度和惰性特性进行了优化，以减少光损耗，确保光子电路的高性能。

　　制备出的钽酸锂PICs展现出了高的效率，其在电信波长下的光损失率低至5.6 dB/m，电光带宽高达40 GHz。这些指标充分证明了其处理高速数据传输的能力，使其成为下一代光通信系统的理想选择。

　　引领电信、计算机革命？

　　对此，该研究的第一作者表示：“在保持高效光电性能的同时，我们的平台还成功生成了孤子微梳。”

　　他进一步解释：“这些孤子微梳拥有大量的相干频率，当与电光调制能力相结合时，将特别适用于并行相干激光雷达和光子计算等前沿应用。”

　　值得一提的是，钽酸锂PICs具有较低的双折射特性，这意味着它对光偏振和传播方向的依赖较小。这一特性使得电路配置更为紧凑，同时确保了在所有电信频段内的广泛操作能力。