光子集成电路（PIC）的快速发展将多个光学设备和功能集成在单个芯片上，彻底改变了光通信和计算系统。
几十年来，硅基 PIC 凭借其成本效益以及与现有半导体制造技术的集成而占据主导地位，尽管其电光调制带宽存在限制。尽管如此，硅基 PIC 还是成功实现了商业化，通过现代数据中心的数百万根玻璃光纤推动信息流量。
最近，绝缘体上铌酸锂晶圆平台因其强大的普克尔斯系数而成为光子集成电光调制器的优质材料，这对于高速光调制至关重要。 然而，高成本和复杂的生产要求阻碍了铌酸锂的更广泛采用，限制了其商业整合。
钽酸锂 (LiTaO3) 是铌酸锂的近亲，有望克服这些障碍。 它具有类似的优异电光品质，但在可扩展性和成本方面比铌酸锂具有优势，因为它已经被电信行业广泛应用于 5G 射频滤波器。
现在，由洛桑联邦理工学院Tobias J. Kippenberg教授和上海微系统与信息技术研究所（SIMIT）欧欣教授领导的科学家们创建了一种基于钽酸锂的新型PIC平台。 PIC 利用材料的固有优势，使高质量的 PIC 更具经济可行性，从而改变该领域。 这一突破发表在《自然》杂志上。
研究人员开发了一种钽酸锂晶圆键合方法，该方法与绝缘体上硅生产线兼容。 然后，他们用类金刚石碳掩盖薄膜钽酸锂晶片，并继续蚀刻光波导、调制器和超高品质因数微谐振器。
蚀刻是通过将深紫外 (DUV) 光刻和干蚀刻技术相结合来实现的，该技术最初是为铌酸锂开发的，然后经过精心调整以蚀刻更硬、更惰性的钽酸锂。 这种调整涉及优化蚀刻参数以最大限度地减少光学损耗，这是实现光子电路高性能的关键因素。
通过这种方法，该团队能够制造出高效钽酸锂 PIC，在电信波长下光损耗率仅为 5.6 dB/m。 另一个亮点是电光马赫-曾德调制器（MZM），这是当今高速光纤通信中广泛使用的器件。 钽酸锂 MZM 的半波电压长度积为 1.9 V cm，电光带宽达到 40 GHz。
该研究的第一作者 Chengli Wang 表示：“在保持高效电光性能的同时，我们还在这个平台上生成了孤子微梳。” “这些孤子微梳具有大量相干频率，当与电光调制功能相结合时，特别适合并行相干激光雷达和光子计算等应用。”
钽酸锂 PIC 的双折射（折射率对光偏振和传播方向的依赖性）降低，可实现密集的电路配置，并确保在所有电信频段具有广泛的操作能力。 这项工作为先进光电 PIC 的可扩展、经济高效的制造铺平了道路。
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