浙江大学戴道锌教授课题组LPR：超越单模，迈向极低损耗的下一代硅光集成

  摘要：浙江大学光电科学与工程学院/现代光学仪器国家重点实验室戴道锌教授团队提出了基于模场调控实现极低损耗硅光波导的方法，首次采用标准工艺实现了Q>10 7 创世界纪录超高Q硅光微腔、线宽仅20.6MHz的超窄带可调谐光滤波器以及长达1米的超低损耗硅光波导延迟线等光子集成器件。

  关键词：极低损耗, 超高Q微腔，光波导，延迟线，硅基

  超高Q硅光波导微腔

  硅光集成是集成光学领域中最受关注的主流技术之一，特别是其CMOS工艺兼容性与超高集成密度使得超大规模光子集成成为可能。这也正是1969年首次提出集成光学概念以来众多科学家孜孜以求的目标。超大规模光子集成芯片往往包含数量极其庞大的无源光子器件以及累积长度达数十厘米的传输波导。然而，当前基于标准工艺流片制作的硅光波导由于侧壁散射往往存在~2 dB/cm的传输损耗。随着硅光集成规模的不断增长，波导损耗无疑已成为制约其进一步发展的决定性瓶颈。可以预见的是，未来超大规模光子集成芯片对更低损耗的要求将达到前所未有的新高度，亟需发展新一代极低损耗硅光波导。

  针对这一问题，来自中国浙江大学光电科学与工程学院/现代光学仪器国家重点实验室的戴道锌教授团队最近报道了极低损耗硅光波导及器件的最新研究成果。该团队突破常规思路，超越单模条件制约，提出了均匀展宽波导模场调控的新理念，基于标准流片工艺即获得了极低损耗硅光波导基模传输，并进一步实现了高性能硅光功能器件。首先，论文基于建立的三维体电流法分析模型从理论上对硅光波导基模散射损耗进行了全面理论研究。其次，通过引入特殊的欧拉曲线弯曲结构，获得超紧凑弯曲且有效地避免了模间交叉耦合，同时基于模场匹配原理实现了基模高效耦合且几乎完全抑制了高阶模激发，成功实现了均匀展宽波导弯曲结构中基模的单模传输。最后，国际首次基于标准流片工艺实现了Q>10 7 超高Q硅光微腔，其对应的波导损耗仅为0.065dB/cm(比传统硅光波导损耗降低了1-2个量级)。在此基础上，进一步研制了3dB带宽仅为20.6MHz的超窄线宽硅基可调谐光滤波器、长达1米的超长硅光波导延迟线。

  戴道锌教授认为，该论文提出的超越单模新思路对突破极低损耗硅光波导及器件发展瓶颈具有重要意义，为基于标准工艺实现下一代超大规模硅光集成提供了基础支撑。该方法也同样适用于氮化硅、铌酸锂等其它材料体系，具有极好的扩展性，将有力推动量子光学、非线性光学、微波光子学等领域的发展。

  WILEY

  论文信息：

  Ultralow-loss silicon photonics beyond the singlemode regime

  Long Zhang, Shihan Hong, Yi Wang, Hao Yan, Yiwei Xie, Tangnan Chen, Ming Zhang, Zejie Yu,Yaocheng Shi, Liu Liu, Daoxin Dai*

  Laser & Photonics Reviews

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