近期，中科院上海光機(jī)所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了鈮酸鋰薄膜有源無源的同片集成，以低損耗的穩(wěn)定拼接，實(shí)現(xiàn)了鈮酸鋰光學(xué)芯片的完整功能集成。相關(guān)成果以“Monolithically integrated active passive waveguide array fabricated on thin film lithium niobate using a single continuous photolithography process”為題發(fā)表在Laser & Photonics Reviews上，并入選當(dāng)期卷首插圖。 mTwz&N\  
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單晶鈮酸鋰(LN)具有寬的透明窗口、較高的折射率以及較大的聲光、非線性和電光系數(shù)，是一種極具吸引力的光子材料。將大塊LN晶體轉(zhuǎn)化為薄膜鈮酸鋰(TFLN)，進(jìn)一步使制備高性能集成光子器件成為可能，可用于經(jīng)典和量子應(yīng)用，如低損耗波導(dǎo)、高質(zhì)量微諧振器、高速調(diào)制器和高效光變頻器等。為了實(shí)現(xiàn)集成有源光子器件，摻鉺鈮酸鋰薄膜最近被用于演示微腔激光器、波導(dǎo)放大器、量子發(fā)射器和量子記憶。然而，由于難以實(shí)現(xiàn)高精度對(duì)準(zhǔn)、低損耗接口和可靠的鍵合，在摻雜稀土離子的鈮酸鋰薄膜上制備的有源器件與單晶鈮酸鋰薄膜上的無源光子器件的單片集成之前一直沒有實(shí)現(xiàn)。在這項(xiàng)工作中，該研究團(tuán)隊(duì)首次展示了一個(gè)魯棒的低損耗的鈮酸鋰光子學(xué)接口，通過拼接有源和無源鈮酸鋰得到集成樣品，隨后，對(duì)集成器件的掩模進(jìn)行單次連續(xù)光刻工藝，然后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，將掩模圖案轉(zhuǎn)移到TFLN襯底，實(shí)現(xiàn)單片集成有源無源波導(dǎo)陣列的制備。 50F6jj  
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該研究通過拼接單晶和摻鉺的鈮酸鋰薄膜襯底，采用單一連續(xù)光刻工藝，實(shí)現(xiàn)了在拼接處有0.26 dB的耦合損耗的單片集成薄膜樣品。此外，研究團(tuán)隊(duì)還制備了一個(gè)四通道波導(dǎo)放大器陣列，在1550nm波長(zhǎng)和1530nm波長(zhǎng)，每根摻鉺波導(dǎo)的凈增益分別為5 dB和8 dB。拼接無源和有源鈮酸鋰薄膜基板形成低損耗的光接口，實(shí)現(xiàn)無源和有源TFLN光子學(xué)的單片集成，集成后具有結(jié)構(gòu)可任意設(shè)計(jì)，尺寸可調(diào)的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)按需集成，獲得實(shí)用化的鈮酸鋰光子集成芯片，這對(duì)于構(gòu)建全功能鈮酸鋰光子回路具有重要意義，很大程度促進(jìn)需要片上光源和放大器的大規(guī)模高性能光子器件的發(fā)展。該方法具有高可擴(kuò)展性、高可靠性、高生產(chǎn)速率和高成本效益的優(yōu)點(diǎn)。 9N:Bu'j&/  
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相關(guān)研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、上海市科委項(xiàng)目、上海市科技重大專項(xiàng)、上海市帆船計(jì)劃項(xiàng)目、上海市浦江計(jì)劃項(xiàng)目等項(xiàng)目支持。 #KF:(2  
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原文鏈接：https://doi.org/10.1002/lpor.202200686