薄膜铌酸锂光电器件与超大规模光子集成（特邀）

近年来,薄膜铌酸锂光子集成技术发展极为迅速,其背后有着深刻的物理、材料、技术原因。单晶薄膜铌酸锂为解决光子集成芯片领域长期存在的低传输损耗、高密度集成以及低调制功耗需求提供了至今为止综合性能最优的解决方案。面向未来的新一代高速光电器件与超大规模光子集成芯片应用,本文回顾了薄膜铌酸锂光子技术的起源及其近期的快速发展,讨论了若干薄膜铌酸锂光子结构的加工技术,并展示了一系列当前性能最优的薄膜铌酸锂光子集成器件与系统,包括超低损耗可调光波导延时线、超高速光调制器、高效率量子光源,以及高功率片上放大器与片上激光器。这些器件以其体积小、质量轻、功耗低、性能好的综合优势,将对整个光电子产业产生难以估量的影响。     

高性能硅和铌酸锂异质集成薄膜电光调制器 （特邀）

硅基光子集成平台因其高集成度、CMOS工艺兼容性等特点在光通信领域受到了广泛的关注,而电光调制器作为光通信系统中最为重要的器件之一,承担着将电信号加载至光信号上的关键作用,为打破硅基调制器的性能限制,可利用硅和铌酸锂的大面积键合技术以及铌酸锂低损耗波导刻蚀技术实现高性能硅和铌酸锂异质集成薄膜电光调制器,目前该类调制器的性能可达半波电压3 V,3 dB电光带宽超过70 GHz,插入损耗小于1.8 dB, 消光比大于40 dB。文中对比了硅和铌酸锂异质集成调制器的研究现状并介绍了该异质集成薄膜调制器的结构设计与工艺实现方法。     

集成铌酸锂光子器件技术的研究进展

铌酸锂单晶薄膜(LNOI)具有透光光谱宽,折射率高,二阶非线性高及压电响应大等优点,是一种重要的集成光子学基础材料。LNOI材料具有亚波长尺度的光约束和光电器件的高密度集成能力,能够实现具有更高性能、更低成本的全新器件及应用,给光通信和微波光子学带来革命性的变革。该文重点综述了LNOI的制备技术、LNOI电光调制器、LNOI声光调制器和LNOI电光频率梳的最新研究进展,简要讨论了铌酸锂光子器件在制作工艺和系统实现中面临的挑战。     

全封装的薄膜铌酸锂电光调制器（特邀）

高速电光调制器是宽带光通信网络和微波光子系统中的关键元器件之一。相对于体材料铌酸锂而言,薄膜铌酸锂材料由于其较强的光场限制能力,在构建小尺寸、宽带、低半波电压的高性能电光调制芯片上有独特的优势。文章基于薄膜铌酸锂材料研制了一种3 dB带宽不低于50 GHz的电光调制芯片,并采用光纤与波导水平端面耦合的光学封装方案和基于1.85 mm同轴接头的射频封装方案,实现了全封装的薄膜铌酸锂电光调制器。测量结果表明,封装后器件的光学插入损耗小于等于5 dB,3 dB带宽大于等于40 GHz,射频半波电压小于等于3 V@1 GHz。     

铌酸锂干法刻蚀的研究进展

概述了近年来国内外对铌酸锂(LN)晶体干法刻蚀技术的研究进展。根据刻蚀原理和特点,现有的LN干法刻蚀技术可分为等离子体刻蚀、激光微加工技术和Ti扩散电化学刻蚀。对各刻蚀方法及其研究进展进行了总结,分析了不同干法刻蚀方法之间的区别和联系,并对各方法中存在的问题进行了探讨。其中等离子体刻蚀技术由于其良好的图形转移特性,得到了最广泛的应用;激光微加工技术在制备光子晶体结构和微光栅结构中具有独特的优势;Ti扩散电化学刻蚀LN为制备大尺寸的LN基结构指明了新的方向。     

铌酸锂的反应离子刻蚀

本文介绍了铌酸锂晶体在四氟化碳气氛中的反应离子刻蚀。对刻蚀参数的选择原则从机理上加以探讨,并对掩膜的选择进行了试验,最后得到线宽为3.5mm的铌酸锂光栅和槽深为1.1mm的铌酸锂沟道的刻蚀样品。     

掺饵铌酸锂波导激光器的发展

本文主要讨论掺铒铌酸锂波导激光器的特点、光谱特性、物理模型和结构与制作,并介绍了国内外最新研究进展状况。     

掺铒铌酸锂波导激光器的发展

本文主要讨论掺铒铌酸锂波导激光器的特点普特性、物理模型和结构与制作,并介绍了国内外最新研究进展状况。     

铌酸锂薄膜高速电光开关的设计与制备

基于硅基铌酸锂薄膜（Lithium Niobate on insulator,LNOI）材料平台,设计并制备了高速电光开关芯片,并实现了芯片的光纤耦合、管壳封装和性能测试。测试结果表明,该高速电光开关器件的开关速度达到13.4 ns,消光比达到31.8 dB。研究工作对未来研制光学延时芯片和波束形成网络芯片具有重要的支撑意义。     

Photonic devices based on thin-film lithium niobate on insulator

Lithium niobate on insulator(LNOI)is rising as one of the most promising platforms for integrated photonics due to the high-index-contrast and excellent material properties of lithium niobate,such as wideband transparency from visible to mid-infrared,large electro-optic,piezoelectric,and second-order harmonic coefficients.The fast-developing micro-and nanostructuring techniques on LNOI have enabled various structure,devices,systems,and applications.In this contribution,we review the latest developments in this platform,including ultra-high speed electro-optic modulators,optical frequency combs,opto-electro-mechanical system on chip,second-harmonic generation in periodically poled LN waveguides,and efficient edge coupling for LNOI.     

拓扑激光器研究进展（特邀）

随着拓扑光子学的发展,对缺陷、微扰等具有鲁棒性的拓扑边缘态、拓扑角态的发现革新了半导体激光器,并且推动了拓扑激光器的发展。首先,回顾了近几年拓扑激光器的发展历程,以及不同拓扑激光器的原理;其次,分析了各类拓扑激光器的最新实现,并且解释了拓扑边缘态、拓扑角态的基础物理。在这些实验中,拓扑激光器的模式是由介质结构决定,并通过光学增益来激发激光。分析表明拓扑角态相比于拓扑边缘态具有强局域性、小模式体积,因此基于拓扑角态的拓扑激光器更高效,阈值更低,这为未来的光子集成芯片提供了可能;最后,展望了拓扑激光器面临挑战和潜在的应用方向,有助于探索更实用的拓扑激光器。     

钛扩散LiNbO_3晶体光波导长周期光栅

设计了一种钛扩散铌酸锂(LiNbO_3)晶体光波导结构,并在该基础上制作了长周期光栅.使用两步钛扩散方法在Z切LiNbO_3基片上制造了波导,它包括一个单模芯层和一个平面包层,之后用光刻胶光栅置于波导表面.实验证明用这种结构设计长周期波导光栅是可行的.对光波导制造工艺和波导结构的深入研究,为制作高速电光调制型光栅提供技术基础.     

高性能单频光纤激光器研究进展:2017-2021（特邀）

单频光纤激光器以其独特的窄线宽、低噪声的激光特性,结合光纤系统高光束质量、高集成性以及免维护等应用优势,在冷原子物理、高分辨光谱分析、引力波探测以及远距离相干通信等前沿科学研究和应用领域具有广泛前景。伴随着光纤激光技术的快速发展,单频光纤激光器的性能在过去的二十年间得到了长足进步,单频光纤激光技术的基本体系逐渐建立。近年来,研究人员围绕高性能单频光纤激光器开展了一系列创新工作,在探索单频光纤激光的新机制、新结构,提升单频激光功率、压缩线宽、抑制噪声以及拓展工作波段等方面取得了不俗的研究成果。为此,笔者系统总结分析了近五年来高性能单频光纤激光器的研究进展,及时捕捉当前单频光纤激光领域研究趋势及所面临的新的发展瓶颈,并对单频光纤激光技术在新阶段的发展方向进行了展望。     

High performance electro-optic modulator based on thin-film lithium niobate

Electro-optic (EO) modulator plays a very critical role in the optical communication systems. Here, we report a stimulated thin-film lithium niobate (LN) modulator with a half-wave voltage-length product of 1.8 V.cm, which can successfully achieve modulation and demodulation of a 1 GHz sinusoidal signal with an amplitude of 5 V in experiment. The optical loss caused by metal electrodes is reduced by optimizing the waveguide structure and depositing silica onto the waveguide, and group-velocity matching and characteristic impedance matching are achieved by optimizing the buffer silica layer and the electrode structure for larger bandwidth, which simultaneously improves the modulation efficiency and bandwidth performance. Our work demonstrated here paves a foundation for integrated photonics.     

铌酸锂量子器件研究进展

量子信息科技的进步, 在很大程度上依赖于传统材料的成熟与发展。近年来, 铌酸锂成为量子器件的重要基础材料, 在量子科技领域具有巨大的应用潜力。梳理了基于铌酸锂材料制备的量子光源、量子中继器件、单光子探测器件等各类铌酸锂量子器件的技术进展, 总结了它们的优缺点并展望了其未来主要的发展趋势, 对基于铌酸锂材料制备的量子器件在量子信息科技的实用化具有很好的指导作用。     

Four-channel CWDM transmitter chip based on thin-film lithium niobate platform

Multi-lane integrated transmitter chips are key components in future compact optical modules to realize high-speed optical interconnects. Thin-film lithium niobate (TFLN) photonics have emerged as a promising platform for achieving high-performance chip-scale optical systems. Combining a coarse wavelength-division multiplexing (CWDM) devices using fabrication-tolerant angled multimode interferometer structure and high-performance electro-optical modulators, we demonstrate monolithic on-chip four-channel CWDM transmitter on the TFLN platform for the first time. The four-channel CWDM transmitter enables high-speed transmissions of 100 Gb/s data rate per wavelength channel (i.e., an aggregated date rate of 400 Gb/s).     

基于铌酸锂光子线的极化分裂器的设计和仿真

为了设计一种基于铌酸锂光子线的极化分裂器,采用基于有限元法的电磁仿真软件,对该器件进行了优化和仿真分析,得到了结构尺寸紧凑的设计结果。同时考虑到常规工艺误差的影响, 分析了波导宽度变化对器件的透射率的影响。结果表明,极化分裂器的带宽、能量透过率与波导耦合长度有着紧密的联系。