铌酸锂光子芯片的挑战：解决损耗、折射率及吸收极限问题

下面是铌酸锂光子芯片目前需要迫切解决的问题。

（1）目前我们已经达到铌酸锂材料较低的损耗～0.01 dB/cm，但是距离材料吸收极限还差一个数量级（0.001 dB/cm）。如何进一步降低损耗，是一个亟待解决的问题。

（2）如何通过精准控制铌酸锂波导截面的尺寸与形状，获得精准的色散与空间模式控制，仍然是一件困难的事情。

（3）需要一种成本低、效率高的方法实现100％的铌酸锂波导与光纤的耦合与封装。

（4）研发损耗可与自由空间光学元件相媲美的片上偏振调控器件，即损耗几乎为零。

（5）由于铌酸锂波导的低损耗，有希望在铌酸锂的晶圆上集成成千上万的光子器件，但电极也是成千上万的，那么超大规模铌酸锂光子芯片的电子学网络的设计与优化也是一个值得研究的问题。(www.xing528.com)

（6）对于研究非线性效应来说，非线性过程的位相匹配和色散调控仍然有待优化。

（7）对光子结构加工误差进行可靠并低成本的补偿。

（8）市场对光子集成的需求是无止境的，单个铌酸锂晶圆是10 cm左右，而硅的晶圆可以达30～40 cm，面向光子芯片扩展性需求，可能需要先制作不同的小的铌酸锂芯片，再进行拼接，能否实现不同芯片之间的低损耗耦合也是一个重要的问题。

目前大家关注的另一个问题就是，针对有源的铌酸锂片上光子芯片，我们给出了建议的解决方案：在制作晶圆时，将铌酸锂有源晶棒与铌酸锂无源晶棒水平拼接在一起，之后使用万能离子刀技术将薄膜进行切割。这样这个薄膜有一半是有源区域，另一半是无源区域，在有源区域产生不同的激光波长，之后进入无源区域进行非线性的研究。虽然这一方案在制作晶圆时比较复杂，但是在后期的制作中，使用统一的光刻技术一次性即可将有源器件和无源器件集成在同一芯片上，并且天然对准。对于掺铒铌酸锂微腔激光器，可以产生多频激光，包括上转换激光和下转换激光。铌酸锂是一种折射率很容易变化的材料，我们可以改变电压调整铌酸锂的折射率，通过双折射和光热效应来改变激射波长。