“让芯片上的光子通道能犹如光凯艳服备制造有限公司纤玻璃般纯净透明，，，，，，是我们课题组 20 多年以来一直追寻的梦想 。 。。。。。现在通过制备工艺的突破，，，，，，它正变得触手可及 。 。。。。。”谈及揭晓在 Nature 上的光芯片论文，，，，，，第一作者兼配合通讯作者、美国加州理工学院博士后陈豪敬对 DeepTech 先容道 。 。。。。。
图丨陈豪敬（泉源：受访者）
这项研究来自加州理工学院、南安普敦大学与加州大学圣塔芭芭拉分校团结团队，，，，，，他们配合开发了一种超低消耗掺锗二氧化硅光子集成平台 。 。。。。。
“掺锗二氧化硅听起来像是一种很生疏的质料，，，，，，着实保存于家家户户的光纤就是由这种玻璃质料组成的 。 。。。。。现在我们通过标准半导体 CMOS 工艺将这种光纤质料迁徙到芯片上，，，，，，以是也称它为片上光纤 。 。。。。。”陈豪敬体现 。 。。。。。
值得注重的是，，，，，，这款芯片是现在唯一能在可见光到近红外波段实现小于 1 分贝/米（dB/m）超低消耗的光子芯片，，，，，，在紫光波段（458nm）消耗低至 0.49dB/m，，，，，，在 1064nm 处消耗低至 0.08dB/m，，，，，，该性能靠近于 1970 年康宁公司第一次制成低消耗光纤时的消耗水平 。 。。。。。
（泉源：受访者）
拥有一块犹如透明玻璃般的光子芯片，，，，，，事实能翻开几多想象空间？？？？？？？？
研究团队基于这一“片上光纤”平台，，，，，，团结色散调控、声光约束与低噪声设计，，，，，，乐成演示了光学频率梳、布里渊激光与窄线宽激光器这三种焦点功效 。 。。。。。这标记着该平台并非只能实现简单功效，，，，，，而是成为一个能同时支持多种高性能光子器件的通用“工具箱” 。 。。。。。
尤为主要的是，，，，，，研究团队将可见光芯片激光器的线宽压窄到 10Hz 量级，，，，，，相比之前的纪录优化了 2 到 3 个数目级，，，，，，关于事情在此波段的原子传感器、光学原子钟、中性原子/离子阱量子盘算系统至关主要 。 。。。。。
图丨窄线宽混淆集成激光器（泉源：Nature）
陈豪敬体现，，，，，，这一事情攻克了集成光子学领域恒久保存的消耗瓶颈，，，，，，它不是简单的应用，，，，，，而是从底层实现了平台的突破 。 。。。。。
基于这种高性能、宽波段的新质光子芯片，，，，，，未来实验室里占有一整张光学平台的细密丈量装置，，，，，，有望被集成到一枚指甲盖巨细的芯片上；； ；；； ；；；人工智能的算力瓶颈，，，，，，有可能通过光速传输与盘算的低能耗芯片来突破；； ；；； ；；；甚至构建量子盘算机的焦点部件，，，，，，也有望能像搭积木一样在芯片上规�；； ；；； ；；；票� 。 。。。。。
克日，，，，，，相关论文以《从紫光到近红外波段，，，，，，通往光纤级消耗的光子集成》（Towards fibre-like loss for photonic integration from violet to near-infrared）为题揭晓 Nature 上 [1] 。 。。。。。
图丨相关论文（泉源：Nature）
低消耗：光子芯片的“生命线”
也许许多人没意识到，，，，，，我们天天使用的互联网之以是能让全球数据光速通达，，，，，，依附的是其信息转达载体——光纤的超低消耗 。 。。。。�？？？？？？？？梢园阉胂蟪梢惶跫淦交⒖砝某雀咚俟�，，，，，，光信号作为“快递员”，，，，，，能在其中跑得极快、极远，，，，，，而险些不必耗“体力”（能量） 。 。。。。。
现在，，，，，，人们希望将这种强盛的光信号处置惩罚能力，，，，，，压缩到一枚小小的光子芯片上，，，，，，在极小的面积内集成很长的光路、实现重大的功效 。 。。。。。
然而，，，，，，光在这种微米甚至纳米级通道中前进会因质料吸收、散射及外貌污染等缘故原由而一直消耗能量 。 。。。。。消耗值每升高 1 个数目级，，，，，，光信号能有用传输的距离或能完成的重大运算办法，，，，，，就会降低十倍，，，，，，基于光学微腔的激光器能耗和相关性甚至能恶化百倍 。 。。。。。因此，，，，，，消耗水平可以说是光子芯片“生命线”，，，，，，并决议其能否从实验室走向现实应用 。 。。。。。
已往十年来，，，，，，以氮化硅（Si3N4）和薄膜铌酸锂为代表的低消耗集成光学平台在通讯波段（约 1550nm）取得了重大乐成 。 。。。。。然而，，，，，，当研究职员试图将这一范式推向波长更短的可见光及近红外波段（400-1100nm）时，，，，，，却遇到了难以逾越的物理瓶颈 。 。。。。。
一方面，，，，，，光在芯片波导中撒播时，，，，，，由于波导侧壁的粗糙度，，，，，，光子会被散射爆发消耗 。 。。。。。当光子“变小”，，，，，，所有粗糙都被放大 。 。。。。。犹如小轿车与大型越野车驶过统一片碎石路，，，，，，小轿车（短波长光子）受到的波动和偏离（散射）会强烈得多 。 。。。。。
另一方面，，，，，，波长越短，，，，，，光子能量更高，，，，，，这就像光子进入了质料中更麋集的“捕获区”，，，，，，被吸收转化为热量的概率大大增添 。 。。。。。因此，，，，，，开发能在可见光波段实现超低消耗的平台，，，，，，需要质料系统纯度、微纳制备工艺与器件设计水平同时抵达一个全新的高度 。 。。。。。
（泉源：受访者）
为了攻克短波难题，，，，，，研究团队从光纤设计中获得灵感，，，，，，创立性地在二氧化硅芯片波导中掺入二氧化锗 。 。。。。。这不但像“调味”一样改变了质料特征，，，，，，提高了折射率以约束光场，，，，，，还意外地发明掺杂后质料的熔点降低了 。 。。。。。
这一发明带来了要害的工艺突破：他们可以使用代工厂标准的退火炉，，，，，，在约 1,000℃ 下举行晶圆级的热回流处置惩罚 。 。。。。。这个历程犹如微观“熨烫”，，，，，，依附外貌张力将波导侧壁打磨得原子级平滑，，，，，，从而从泉源上极大抑制了光散射消耗 。 。。。。。
由此，，，，，，团队实现了性能的跨越，，，，，，例如在绿光波段，，，，，，微环腔的品质因子抵达 2 亿，，，，，，相比氮化硅平台跃升了 2 个数目级 。 。。。。。“在可见光波段，，，，，，我们实现了根天性的突破，，，，，，”陈豪敬指出，，，，，，相比于通讯波段已经成熟的“红海”，，，，，，一个全新的可见光与近红外芯片应用“蓝海”正在睁开 。 。。。。。
（泉源：Nature）
兼容 CMOS 量产的工艺流程
除了追求极致的低消耗，，，，，，能否与现有 CMOS 代工工艺兼容，，，，，，是权衡一个光子集成平台能否走向工业应用的另一个要害标尺 。 。。。。。这决议了该手艺能否依托半导体工业成熟的大规模制造系统，，，，，，实现低本钱、高一致性的生产，，，，，，从而真正释放其市场潜力 。 。。。。。
而此论文所开发的光子芯片，，，，，，其生产历程中使用的等离子增强化学气相薄膜沉积（PECVD）、紫外光刻、电感离子耦合（ICP）刻蚀等工艺完全兼容 CMOS 产线 。 。。。。。据团队先容，，，，，，半导体代工厂只需微调现有工艺，，，，，，即可大规模生产这类光芯片 。 。。。。。
陈豪敬诠释道：“由于光的波长比电子波长要大，，，，，，我们制备的光芯片也比盘算机电子芯片的特征尺寸大，，，，，，对光刻的精度要求更低 。 。。。。。并且，，，，，，由于可以应用热回流‘熨烫’修复手艺，，，，，，对侧壁刻蚀的粗糙度也有很大的容错性 。 。。。。。”
别的，，，，，，纵然在退火前，，，，，，该光子芯片也能抵达<1dB/m 的超低消耗，，，，，，这代表与热敏感质料（包括三五族半导体激光器、薄膜铌酸锂、有机光电质料）具有优异的多质料异质集成兼容性 。 。。。。。
（泉源：Nature）
一块低消耗光子芯片，，，，，，能走多远？？？？？？？？
“客观地说，，，，，，我们虽然迈出了用光纤质料实现低消耗光子芯片的第一步，，，，，，甚至在可见到近红外波段抵达了领先水平，，，，，，但距离光纤的质料极限，，，，，，尚有百倍的优化空间 。 。。。。。”陈豪敬体现 。 。。。。。
研究团队妄想通过开发更高质量的沉积、刻蚀与退火工艺，，，，，，在芯片上实现 0.2dB/km 这一光纤级的超低消耗最终梦想 。 。。。。。“我信托，，，，，，这个平台将在三个追求极致性能的前沿领域率先展现价值 。 。。。。。”陈豪敬说 。 。。。。。
（泉源：受访者）
在细密丈量领域，，，，，，极低的消耗能大幅提升光的相关性，，，，，，能够让芯片级光学原子钟、陀螺仪的精度爆发质变，，，，，，犹如在悄然的房间中捕获一根针落地的声音 。 。。。。。
在人工智能与光盘算领域，，，，，，低消耗是构建大规模光神经网络的条件，，，，，，允许光信号在重大芯片回路中完成成千上万次运算，，，，，，从而释放更高算力 。 。。。。。
在量子信息领域，，，，，，低消耗能极大降低量子盘算过失率，，，，，，同时也是构建大规模量子网络与量子增强细密丈量（如引力波探测）的基础 。 。。。。。
“Sand from centuries past: Send future voices fast.（古沙递捷音，，，，，，光纤所用的二氧化硅质料由沙石提炼而来 。 。。。。。）”曾因光纤通讯成绩获得诺贝尔奖的高锟先生，，，，，，用这句话诗意地归纳综合了自己的开创性事情 。 。。。。。
现在，，，，，，时间行至 21 又 2/4 世纪，，，，，，一场关于这种传奇质料的深刻厘革正在芯片上悄然再起 。 。。。。。研究职员不再仅仅知足于用光纤毗连天下，，，，，，更致力于让光在方寸之间完成更重大的使命 。 。。。。。从光纤到芯片，，，，，，人类的信息正沿着这条愈发澄澈的微型光路，，，，，，奔向更远的未来 。 。。。。。
参考资料：
1.相关论文开放获� 。 。。。。。� https://www.nature.com/articles/s41586-025-09889-w
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