基于芯片的光學諧振器 創紀錄的低UV光損耗

研究人員已經創建了基于芯片的光子諧振器，該諧振器在光譜的紫外（UV）和可見光區域工作，并展示出創紀錄的低UV光損耗。新的諧振器為增加UV光子集成電路（PIC）設計的尺寸、復雜性和保真度奠定了基礎，這可以使新的基于芯片的微型設備應用于光譜傳感、水下通信和量子信息處理等領域。

耶魯大學的研究團隊成員Chengxing He說：“與電信光子學和可見光子學等發展較好的領域相比，紫外光子學的研究較少，盡管在基于原子/離子的量子計算中需要紫外波長來訪問某些原子躍遷，并激發某些熒光分子用于生化傳感。我們的工作為構建在紫外波長下工作的光子電路奠定了良好的基礎�！�

在《光學快報》中，研究人員描述了基于氧化鋁的光學微諧振器，以及他們如何通過將合適的材料與優化的設計和制造相結合，在紫外波長下實現了前所未有的低損耗。

研究人員創造了一種基于芯片的環形諧振器，該諧振器在光譜的紫外和可見光區域工作，并顯示出創紀錄的低紫外光損失。諧振器（中間的小圓圈）顯示為藍光。

研究小組負責人唐紅說：“我們的工作表明，紫外光PIC已經達到了一個臨界點，波導的光損失不再明顯比可見光波導差。這意味著所有為可見光和電信波長開發的有趣PIC結構，如頻率梳和注入鎖定，也可以應用于紫外波長�！�

減少光損失

微諧振器由高質量氧化鋁薄膜制成，該薄膜由Entegris股份有限公司的合著者Carlo Waldfried和Jun-Fei Zheng使用高度可擴展的原子層沉積（ALD）工藝制備。氧化鋁的大帶隙（~8eV）使其對紫外光子透明，紫外光子的能量比帶隙低得多（~4eV）。因此，這種材料不會吸收紫外波長。

“之前的記錄是由氮化鋁完成的，其帶隙約為6eV，”他說�！芭c單晶氮化鋁相比，非晶ALD氧化鋁的缺陷較少，制造難度較小，這有助于我們實現更低的損耗�！�

為了制造微諧振器，研究人員蝕刻氧化鋁，以制造通常所說的肋形波導，其中一塊頂部有條紋的板創建了光限制結構。隨著肋形波導變深，限制變強，散射損失也變強。他們使用模擬來找到合適的蝕刻深度，以實現所需的光限制，同時最大限度地減少散射損失。

制作環形諧振器

研究人員應用他們從波導中學到的知識，創造了半徑為400微米的環形諧振器。他們發現，當400納米厚的氧化鋁薄膜的蝕刻深度超過80納米時，在488.5納米波長處的輻射損耗可以抑制到小于0.06分貝/厘米，在390納米波長處的輻射損耗可以抑制到小于0.001分貝/厘米。

在根據這些計算制造環形諧振器后，研究人員通過測量諧振峰的寬度來確定其Q因子，同時掃描注入諧振器的光頻率。他們發現在390 nm（光譜的紫外部分）的記錄高Q因子為1.5×10⁶，在488.5 nm（可見藍光的波長）的Q因子為1.9×10⁶。較高的Q因子表明光損失較小。

何說：“與可見光或電信波長的PIC相比，UV PIC可能在通信方面具有優勢，因為其帶寬更大，或者在其他波長被吸收的情況下，例如在水下。此外，用于制造氧化鋁的原子層沉積工藝與CMOS兼容，這為CMOS與非晶氧化鋁基光子學的集成鋪平了道路�！�

研究人員目前正在開發氧化鋁基環形諧振器，可以調節到不同波長。這可用于實現精確的波長控制，或通過使用相互干擾的兩個諧振器來創建調制器。他們還希望開發一種PIC集成的紫外光源，以形成一個完整的基于PIC的紫外系統。

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