浙江大學(xué)戴道鋅教授課題組LPR：超越單模，邁向極低損耗的下一代硅光集成

  摘要：浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院/現(xiàn)代光學(xué)儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室戴道鋅教授團(tuán)隊(duì)提出了基于模場(chǎng)調(diào)控實(shí)現(xiàn)極低損耗硅光波導(dǎo)的方法，首次采用標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)了Q>10 7 創(chuàng)世界紀(jì)錄超高Q硅光微腔、線寬僅20.6MHz的超窄帶可調(diào)諧光濾波器以及長(zhǎng)達(dá)1米的超低損耗硅光波導(dǎo)延遲線等光子集成器件。

  關(guān)鍵詞：極低損耗, 超高Q微腔，光波導(dǎo)，延遲線，硅基

  超高Q硅光波導(dǎo)微腔

  硅光集成是集成光學(xué)領(lǐng)域中最受關(guān)注的主流技術(shù)之一，特別是其CMOS工藝兼容性與超高集成密度使得超大規(guī)模光子集成成為可能。這也正是1969年首次提出集成光學(xué)概念以來(lái)眾多科學(xué)家孜孜以求的目標(biāo)。超大規(guī)模光子集成芯片往往包含數(shù)量極其龐大的無(wú)源光子器件以及累積長(zhǎng)度達(dá)數(shù)十厘米的傳輸波導(dǎo)。然而，當(dāng)前基于標(biāo)準(zhǔn)工藝流片制作的硅光波導(dǎo)由于側(cè)壁散射往往存在~2 dB/cm的傳輸損耗。隨著硅光集成規(guī)模的不斷增長(zhǎng)，波導(dǎo)損耗無(wú)疑已成為制約其進(jìn)一步發(fā)展的決定性瓶頸。可以預(yù)見的是，未來(lái)超大規(guī)模光子集成芯片對(duì)更低損耗的要求將達(dá)到前所未有的新高度，亟需發(fā)展新一代極低損耗硅光波導(dǎo)。

  針對(duì)這一問題，來(lái)自中國(guó)浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院/現(xiàn)代光學(xué)儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的戴道鋅教授團(tuán)隊(duì)最近報(bào)道了極低損耗硅光波導(dǎo)及器件的最新研究成果。該團(tuán)隊(duì)突破常規(guī)思路，超越單模條件制約，提出了均勻展寬波導(dǎo)模場(chǎng)調(diào)控的新理念，基于標(biāo)準(zhǔn)流片工藝即獲得了極低損耗硅光波導(dǎo)基模傳輸，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了高性能硅光功能器件。首先，論文基于建立的三維體電流法分析模型從理論上對(duì)硅光波導(dǎo)基模散射損耗進(jìn)行了全面理論研究。其次，通過(guò)引入特殊的歐拉曲線彎曲結(jié)構(gòu)，獲得超緊湊彎曲且有效地避免了模間交叉耦合，同時(shí)基于模場(chǎng)匹配原理實(shí)現(xiàn)了基模高效耦合且?guī)缀跬耆种屏烁唠A模激發(fā)，成功實(shí)現(xiàn)了均勻展寬波導(dǎo)彎曲結(jié)構(gòu)中基模的單模傳輸。最后，國(guó)際首次基于標(biāo)準(zhǔn)流片工藝實(shí)現(xiàn)了Q>10 7 超高Q硅光微腔，其對(duì)應(yīng)的波導(dǎo)損耗僅為0.065dB/cm(比傳統(tǒng)硅光波導(dǎo)損耗降低了1-2個(gè)量級(jí))。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研制了3dB帶寬僅為20.6MHz的超窄線寬硅基可調(diào)諧光濾波器、長(zhǎng)達(dá)1米的超長(zhǎng)硅光波導(dǎo)延遲線。

  戴道鋅教授認(rèn)為，該論文提出的超越單模新思路對(duì)突破極低損耗硅光波導(dǎo)及器件發(fā)展瓶頸具有重要意義，為基于標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)現(xiàn)下一代超大規(guī)模硅光集成提供了基礎(chǔ)支撐。該方法也同樣適用于氮化硅、鈮酸鋰等其它材料體系，具有極好的擴(kuò)展性，將有力推動(dòng)量子光學(xué)、非線性光學(xué)、微波光子學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展。

  WILEY

  論文信息：

  Ultralow-loss silicon photonics beyond the singlemode regime

  Long Zhang, Shihan Hong, Yi Wang, Hao Yan, Yiwei Xie, Tangnan Chen, Ming Zhang, Zejie Yu,Yaocheng Shi, Liu Liu, Daoxin Dai*

  Laser & Photonics Reviews

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