西安电子科技大学在铌酸锂光子芯片范畴获得新打破

时间: 2025-04-17 10:33:40 |   作者: 贝博官网

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  在全球智能化进程加快的布景下，世界威望数据组织IDC猜测2028年数据总量将打破390亿TB量级。面对急剧攀升的数据传输需求，“后摩尔年代”光通讯中心载体——铌酸锂光子芯片面对光-物质作用功率、集成密度与能耗操控三大技能瓶颈。其间兼具电光/声光调制潜力的铌酸锂光子晶体纳米梁腔（LN PCNBC）因其杰出的光场局域才能成为世界竞争焦点。

  西安电子科技大学郝跃院士团队经过三年技能攻关，在铌酸锂集成光子芯片范畴获得重大打破：

  图1 （a）光子晶体光子禁带理论；（b）聚合物/LiNbO3光学透射谱功能表征；（c）器材Q值与国表里方针比照状况

  LN PCNBC在微波光子学、量子核算和片上光互连等前沿范畴具有宽广使用远景，是推进集成光子芯片向低功耗、超紧凑和多功能方向开展的重要根底。而完成超高Q值的LN PCNBC器材，可以显着地增强热光、电光和声光等调制才能，因而进步器材Q值成为本研讨的重要方针。

  但是，传统直接刻蚀工艺（如反应离子刻蚀RIE和离子束刻蚀IBE）引发的晶格损害和侧壁粗糙问题严峻约束了器材实践Q值，与理论值存在比较大距离。针对这一难题，团队立异性地提出了一种聚合物/LiNbO3异质复合结构，经过跨标准异构规划与免刻蚀制备工艺成功完成了Q值超越105的LN PCNBC器材制备，并创下世界同类器材顶配水平（Q=18.7万）。

  图2 （a）腔增强型声光调制器示意图；（b）制备的器材图片；（c）RF信号注入调制器；（d）不同信道下的数字调制（ASK）成果

  跟着通讯技能的开展，对高功能声光调制器的需求持续增长。片上声光调制器因其高度集成的信息处理才能，在微波光子学、量子核算、片上光互连和下一代6G通讯体系中展现出巨大潜力。但是，因为声波与光波交叠面积有限，传统声光调制器在完成高效转化时面对较大应战。

  针对这一问题，团队经过验证自主规划的LN PCNBC结构具有增强转化功率的作用，并优化叉指换能器的规划的详细计划，完成了根据LN PCNBC渠道的高功能声光调制器。得益于LN PCNBC的高品质因数（Q）、高形式体积比（Q/V）以及最佳声-光交叠面积，该调制器比较传统微环谐振器（MRR）展现出显着功能提高，信噪比到达38dB，而RF发动阈值低至-50dBm，比根据MRR的调制器下降两个数量级。此外，在不同信道下进行数字调制试验（ASK），成果显现调制信号与参阅信号高度符合。这些发现进一步验证了LN PCNBC渠道在片上集成微波光子学、光收发模块使用中的巨大潜力。

  该研讨显着提高了铌酸锂集成光子渠道上电光调制器的功能水平，也为下一代低功耗、高集成度、多功能性片上信息处理体系供给了重要理论根底与实践途径。未来，这些技能有望大范围的使用于量子核算、微波通讯以及智能信息处理体系中，助力全球数据传输功率革新。