核心进展与突破 - 美国加州理工学院团队成功在可见光波段制备出光纤水平的低损耗硅晶圆光导 将推动下一代高性能、高相干性光子集成电路的发展 [1] - 该成果发表于最新一期《自然》杂志 解决了将光纤低损耗性能延伸到光子芯片上的重要挑战 [1] 技术方法与工艺 - 团队开发出新方法 可将与光纤相同的锗硅酸盐玻璃以光刻工艺制备在硅晶圆上 使用8英寸或12英寸晶圆制备螺旋状波导 [1] - 螺旋结构能在有限面积内有效延长光路 材料便于与光纤和半导体激光器高效耦合 有助于降低数据中心能耗 [1] - 通过低温退火工艺 波导表面可达原子级平整 显著抑制散射损耗 [1] 性能优势与比较 - 相比当前广泛使用的氮化硅材料 新平台在近红外波段已具备相当性能 在可见光波段优势更为明显 [1] - 在可见光波段 其性能较氮化硅现有纪录提升约20倍 [1] - 尽管芯片尺寸仅约2厘米 但光在环形谐振腔等器件中的有效路径长度可达米至千米量级 此时低损耗尤为关键 [1] 器件性能与应用扩展 - 基于该平台制备的激光器件 其相干时间较上一代技术提高100多倍 [2] - 该方法扩展了可用波长范围 有助于实现芯片级原子传感器、光学时钟和离子阱系统 [2] - 目前团队已利用该材料制备出环形谐振器、多种激光器及非线性频率生成器 [2] 潜在应用领域 - 未来可广泛应用于片上光学时钟、陀螺仪等精密测量系统 [1] - 可应用于人工智能数据中心通信和量子计算等领域 [1]