芯耀
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與非網(wǎng)訊 近日，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所歐欣團隊和華東師范大學合作，采用高質量碳化硅（SiC）薄膜與氧化硅襯底高強度異質集成方法，結合飛秒激光光刻技術，驗證了極低光學損耗的硅基碳化硅單晶薄膜（SiCOI），并將該平臺上所制備SiC微腔光學品質因子（Q值）提升到7.1×10?，該值是目前已報道的SiC光子器件領域所取得的最高值。基于高Q微腔，驗證了低功率下（13 mW）跨越400 nm波長的克爾頻梳生成，并首次觀測到SiC領域的三次諧波、四次諧波、受激拉曼和級聯(lián)拉曼激光非線性過程。相關研究成果以“High-Q Microresonators on 4H-silicon-carbide-on-insulator Platform for Nonlinear Photonics”為題在線發(fā)表在國際頂級光學期刊Light: Science & Applications （IF:17.8），并被選為正封面文章。
隨著集成電路芯片的承載能力迫近其物理極限，集成光子技術被視為是突破摩爾定律的有效途徑之一。得益于成熟的微電子工藝和晶圓材料上的優(yōu)勢，集成光子技術首先在SOI材料上實現(xiàn)，并展示了其在物聯(lián)網(wǎng)、光子計算和激光雷達等領域的應用優(yōu)勢。但隨著集成光子技術進一步發(fā)展，SOI材料應用于集成光子技術的也面臨著諸多困擾，因此人們開始致力于開發(fā)新型光子學材料平臺。
新的光子學材料平臺需要與硅基CMOS工藝兼容，同時應具備低損耗、高折射、高非線性系數(shù)、高功率耐受性等特性。當前多種材料被發(fā)展用于集成光子芯片，如鈮酸鋰（LiNbO3）、磷化銦（InP）、氮化硅（Si3N4）、碳化硅（SiC）等。SiC相比于傳統(tǒng)的集成光子學材料，有著更加綜合的優(yōu)勢，如低的光學損耗、高折射率、高非線性系數(shù)、CMOS工藝兼容、高耐受功率、量子色心效應等，因此SiC近期在集成光學【Optica 6, 991 (2019)]】和量子光學【Nano Lett. 20, 3427 (2020), Nat. Photonics 14, 330 (2020)】領域備受關注。SiC光子學發(fā)展十余年以來，SiC薄膜材料的光學損耗問題一直限制人們進一步去發(fā)掘SiC在集成非線性、量子光學上的應用優(yōu)勢。
中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所異質集成XOI課題組，在利用異質集成XOI技術制備高質量的SiCOI薄膜的基礎上，展示了極高Q值的SiC微腔?；诟逹微腔，研究人員進一步對SiC微腔中豐富的非線性現(xiàn)象進行了研究和表征。SiC領域的三次諧波、四次諧波、受激拉曼、級聯(lián)拉曼非線性過程首次被觀測，較低功率下（13 mW）的克爾頻梳也被驗證。該成果所驗證的SiC高Q值微腔及其材料平臺，為SiC在集成光子學中的應用方面奠定了重要的基礎。該研究成果也受到多位審稿人的高度評價，“In my opinion, this work is novel, sound and important. I believe this work will bring a huge momentum for SiC integrated photonics in the next few years,”，“I believe this work will be a milestone for SiC photonics.”，“The presented work here shows microresonator with Q up to 7.1 × 106, which is certainly a major breakthrough in the development of photonic devices that harness the unique optical properties of SiC.”.
中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所原名中國科學院上海冶金研究所，前身是成立于1928年的國立中央研究院工程研究所，是我國最早的工學研究機構之一。新中國成立后隸屬中國科學院，曾命名中國科學院工學實驗館、中國科學院冶金陶瓷研究所。
本文共同第一作者分別為中科院上海微系統(tǒng)所歐欣研究員指導的博士生王成立和伊艾倫，及華東師范大學方致偉副教授。張加祥研究員、程亞教授、歐欣研究員為論文共同通訊作者。
