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/現代光學(xué)儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗室戴道鋅教授團隊提出了基于模場(chǎng)調控實(shí)現極低損耗硅光波導的方法，首次采用標準工藝實(shí)現了Q>10 7 創(chuàng )世界紀錄超高Q硅光微腔、線(xiàn)寬僅20.6MHz的超窄帶可調諧光濾波器以及長(cháng)達1米的超低損耗硅光波導延遲線(xiàn)等光子集成器件。

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

  超高Q硅光波導微腔

  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。超大規模光子集成芯片往往包含數量極其龐大的無(wú)源光子器件以及累積長(cháng)度達數十厘米的傳輸波導。然而，當前基于標準工藝流片制作的硅光波導由于側壁散射往往存在~2 dB/cm的傳輸損耗。隨著(zhù)硅光集成規模的不斷增長(cháng)，波導損耗無(wú)疑已成為制約其進(jìn)一步發(fā)展的決定性瓶頸?？梢灶A見(jiàn)的是，未來(lái)超大規模光子集成芯片對更低損耗的要求將達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。

  針對這一問(wèn)題，來(lái)自中國浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院/現代光學(xué)儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗室的戴道鋅教授團隊最近報道了極低損耗硅光波導及器件的最新研究成果。該團隊突破常規思路，超越單模條件制約，提出了均勻展寬波導模場(chǎng)調控的新理念，基于標準流片工藝即獲得了極低損耗硅光波導基模傳輸，并進(jìn)一步實(shí)現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硅光波導基模散射損耗進(jìn)行了全面理論研究。其次，通過(guò)引入特殊的歐拉曲線(xiàn)彎曲結構，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)現了基模高效耦合且幾乎完全抑制了高階模激發(fā)，成功實(shí)現了均勻展寬波導彎曲結構中基模的單模傳輸。最后，國際首次基于標準流片工藝實(shí)現了Q>10 7 超高Q硅光微腔，其對應的波導損耗僅為0.065dB/cm(比傳統硅光波導損耗降低了1-2個(gè)量級)。在此基礎上，進(jìn)一步研制了3dB帶寬僅為20.6MHz的超窄線(xiàn)寬硅基可調諧光濾波器、長(cháng)達1米的超長(cháng)硅光波導延遲線(xiàn)。

  戴道鋅教授認為，該論文提出的超越單模新思路對突破極低損耗硅光波導及器件發(fā)展瓶頸具有重要意義，為基于標準工藝實(shí)現下一代超大規模硅光集成提供了基礎支撐。該方法也同樣適用于氮化硅、鈮酸鋰等其它材料體系，具有極好的擴展性，將有力推動(dòng)量子光學(xué)、非線(xiàn)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*

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