北大研究員在Science期刊發(fā)表集成光學(xué)領(lǐng)域重要文章
近日，北京大學(xué)電子學(xué)院區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)納光電子前沿科學(xué)中心的常林研究員及合作者受邀在知名學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)表題為“Lithium niobate photonics: Unlocking the electromagnetic spectrum”的綜述文章，系統(tǒng)回顧了鈮酸鋰（LiNbO3，或LN）作為產(chǎn)生和控制不同波段電磁波材料的發(fā)展歷史，并對(duì)鈮酸鋰未來(lái)的應(yīng)用前景作出展望。 cGUsao
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圖1. 鈮酸鋰作為光子材料的發(fā)展時(shí)間線 tW[dJKw
鈮酸鋰是一種關(guān)鍵的光子材料。由于其材料本身的大電光、壓電和非線性效應(yīng)的特性，以及具有商業(yè)上普遍供應(yīng)的光學(xué)質(zhì)量晶圓的優(yōu)勢(shì)，非常適合被用于產(chǎn)生和控制各種頻段的電磁波。幾十年來(lái)，共出現(xiàn)了三種LN光子平臺(tái)，分別為塊狀晶體、弱約束波導(dǎo)和緊密約束波導(dǎo)，其演變過(guò)程見(jiàn)圖1。 3jzmiS]
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LN的材料特性使之能產(chǎn)生和處理從紫外線頻段到微波頻段的電磁頻率，范圍涵蓋了近五個(gè)數(shù)量級(jí)。在可見(jiàn)和紫外光頻段，材料損耗非常低，產(chǎn)生方法是利用非線性效應(yīng)，應(yīng)用場(chǎng)景有視覺(jué)應(yīng)用和原子躍遷探測(cè)；在近紅外頻段，由于低傳輸損耗有廣泛的應(yīng)用，例如光通信、微波光子學(xué)、量子光學(xué)和光探測(cè)等，產(chǎn)生近紅外頻率電磁波的方法也很多樣，例如拉曼激光、DFG、基于克爾效應(yīng)的超連續(xù)譜產(chǎn)生、電光梳等；在中紅外頻段，可以用于空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)等場(chǎng)景，這一頻段的光可以通過(guò)超連續(xù)譜產(chǎn)生和克爾效應(yīng)得到；太赫茲頻段可以穿透紙張、塑料和織物，因此被用于傳感和安全成像，窄帶、高強(qiáng)度的太赫茲電磁波可以通過(guò)LN晶體中的光學(xué)整流生成；微波頻率被用于5G和6G通信、雷達(dá)和射電天文學(xué)等領(lǐng)域，這一頻段可以利用LN的聲光、電光效應(yīng)，將微波頻率轉(zhuǎn)換到光載波上。 ~RU-N%Kn
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圖2. LN光子學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景的展望 mXK7y.9\
文章對(duì)LN上光子學(xué)的發(fā)展進(jìn)行了展望。LN波導(dǎo)平臺(tái)將在復(fù)雜性和光譜寬度兩個(gè)方面加速發(fā)展，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，基于大規(guī)模加工工藝、多種材料異質(zhì)集成和電子電路共同封裝，薄膜LN平臺(tái)將有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光學(xué)網(wǎng)絡(luò)，從根本上產(chǎn)生應(yīng)用創(chuàng)新，例如光量子計(jì)算芯片、全集成激光雷達(dá)和光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。 tpj6AMO/`d
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墨爾本皇家理工大學(xué)工程學(xué)院綜合光子學(xué)和應(yīng)用中心、澳大利亞阿德萊德大學(xué)光子學(xué)和先進(jìn)傳感研究所、澳大利亞阿德萊德大學(xué)電氣和電子工程學(xué)院的Andreas Boes和常林為該論文的共同第一作者和通訊作者。來(lái)自斯坦福大學(xué)、哈佛大學(xué)、加州大學(xué)圣芭芭拉分校的該領(lǐng)域的權(quán)威專家共同完成了文章的撰寫(xiě)。本系列研究得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃與北京市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的支持。 hEk0MY
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相關(guān)鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj4396
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