據報道，光子集成電路（PIC）通常采用硅襯底，大自然中有豐富的硅原料，硅的光學性能也很好。但是，基于硅材料的光子集成電路無法實現所需的各項功能，因此出現了新的材料平臺。氮化硅（Si3N4）就是其中一種，極低的光學損耗（低于硅材料幾個數量級）特性使其成為多種關注低損耗的重要應用的首選材料，如窄線寬激光器、光子延遲線和非線性光學器件。

瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）基礎科學學院的Tobias Kippenberg教授帶領的科學家團隊已經開發出一種采用氮化硅襯底制造光子集成電路的新技術，得到了創記錄的低光學損耗，且芯片尺寸小。這項研究成果已經發表在《自然通訊》上。相關鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-21973-z。

在氮化硅襯底上制作的光子集成電路中有一米長的螺旋波導結構

該技術結合了納米工藝技術和材料科學，基于EPFL開發的光子大馬士革工藝，該團隊制造的光子集成電路光學損耗僅為1 dB/m，創下了所有非線性光子集成材料的記錄。

優化后的光子大馬士革工藝流程示意圖

如此低的光學損耗大大降低了構建芯片級光頻梳（“微梳”）的功耗預算，用于相干光學收發器、低噪聲微波合成器、激光雷達、神經形態計算甚至光學原子鐘等應用。

該團隊利用這項新技術在面積為5mm x 5mm 的芯片上制造出一米長的波導和高質量因子微型諧振器。據研究人員稱，該工藝的良率高，這對實現工業生產來講至關重要。

“這些芯片已經用于光參量放大器、窄線寬激光器和芯片級頻率梳。”在EPFL微納米技術中心（CMi）負責制程的Junqiu Liu博士談到，“我們也期待看到我們的技術被用于新興應用，如相干探測激光雷達、光子神經網絡和量子計算。”

編輯：jq