知识科普|铌酸锂光子晶体电光调制器：为通信、计算、光子学研究铺路！集成电路|光子|林

_原题为 铌酸锂光子晶体电光调制器：为通信、计算、光子学研究铺路！
导读

据美国罗切斯特大学官网近日报道，该校团队演示了一种控制光线通过集成电路的新方法，为通信、计算以及光子学方面的研究铺平了道路。

背景
与使用电力的传统电路相比，光子集成电路使用光线取代电力进行计算和信号处理，具有更快的速度、更大的带宽、更高的效率。

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（图片来源：Getty Images）
但是它们的尺寸还不够小，无法与在电气电路继续占主导地位的计算以及其他应用进行竞争。
创新
罗切斯特大学的电气工程师认为，他们在解决这个问题上迈出了重要一步。该校团队采用光子学研究人员普遍采用的材料，创造出迄今为止最小的电光调制器。该调制器是基于光子学的芯片的关键组件之一，控制光线如何通过电路。
下面的示意图展示了电气与计算机工程系教授林强（音译：Qiang Lin）教授实验室开发的电光调制器。

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（图片来源：University of Rochester illustration/Michael Osadciw）
在《自然·通讯》（Nature Communications）中，林教授实验室描述了采用粘合在二氧化硅层上的铌酸锂（LN）薄膜，不仅可以制造出最小的LN调制器，而且它还可以高速运行并且节能。
这篇论文的领导作者、林教授实验室的研究生李明晓（音译：Mingxiao Li）写道：“这为实现大规模的LN光子集成电路奠定了至关重要的基础，而LN光子集成电路对于数据通信、微波光子学以及量子光子学中的广泛应用具有极其重要的意义。 ”

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李明晓在蚀刻室中拿着一颗微小的铌酸锂芯片。（图片来源：林强实验室）
技术
林教授表示，由于铌酸锂具有出色的电光和非线性光学特性，它已经“成为光子学研究和开发的主打材料系统” 。 “然而，目前在块状晶体或薄膜平台上制造的LN光子器件都需要较大的尺寸，并且难以按比例缩小尺寸，这样就限制了调制效率、能耗以及电路集成度。主要挑战在于打造高精度、高质量的纳米光子结构。 ”
该调制器项目建立在实验室之前使用铌酸锂创造光子纳米腔（光子芯片中的另一个关键组件）的基础上。林教授表示，纳米腔只有大约一微米的大小，只能在室温下使用两到三个光子来调谐波长， “我们第一次知道甚至有两到三个光子已经在室温下以这种方式被操纵过” 。《光学设计》（Optica）杂志上的一篇论文对该设备进行了描述。
这款调制器可以配合纳米腔使用，创造出纳米级的光子芯片。
关键词

光子、集成电路、芯片

参考资料
【1】Mingxiao Li, Jingwei Ling, Yang He, Usman A. Javid, Shixin Xue, Qiang Lin. Lithium niobate photonic-crystal electro-optic modulator. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-17950-7
【知识科普|铌酸锂光子晶体电光调制器：为通信、计算、光子学研究铺路！】【2】https://www.rochester.edu/newscenter/photonics-researchers-report-breakthrough-in-miniaturizing-light-based-chips-449382/