技术突破概述 - 加州理工学院研究人员开发出一项新技术，使光在硅晶圆上传输时实现极低信号损耗，性能逼近光纤，这是光子集成电路（PIC）的重要突破 [2] - 该技术将光纤的低损耗特性与大规模集成电路相结合，向新一代超低损耗光子集成电路迈进 [5] - 这一进展有望大幅拓展片上技术的应用能力，支撑高精密设备，优化人工智能数据中心通信，并推动量子计算系统发展 [2] 核心技术细节 - 研究团队采用与光纤材质完全一致的锗硅酸盐玻璃构建光波导，并通过基于光刻的制造工艺将其直接印制到8英寸和12英寸的计算机芯片晶圆上 [5][6] - 制成的波导呈螺旋排布，可延长光在芯片上的传输距离，通过纳米加工技术压缩到极小面积内 [6] - 利用材料相对较低的熔点，对波导表面进行“回流”处理，使其光滑度达到单个原子级别，从而抑制严重的散射损耗 [7] 性能表现 - 在可见光波段，新平台性能比广泛应用的氮化硅技术的纪录高出20倍，且仍有更大提升空间 [7] - 在近红外波段，基于新平台的器件性能与主流氮化硅技术相当 [6] - 采用该技术制备的激光器，其光相干保持时间是前代产品的100倍以上 [7] - 对于借助谐振器提升相干性的激光器，损耗每降低10倍，相干性便提升100倍 [11] 应用前景 - 该技术拓展了波长覆盖范围，可支持关键原子级操作，让芯片级原子传感器、光学时钟和离子阱系统成为可能 [10] - 能优化环形谐振器等光学器件性能，光循环时间越长，最终器件的性能就越高 [10][11] - 技术如同瑞士军刀般全能，能应用于众多场景，团队已展示用新材料制备的环形谐振器、各类激光器及非线性谐振器 [11][12] - 该进展是重要的阶段性突破，但未来仍有更多提升空间 [12]