基于雙光子聚合的片上光學互連（特邀）

趙曜，林琳涵，孫洪波

（清華大學精密儀器系，精密測試技術及儀器國家重點實驗室，北京100084）

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集成光子芯片具有低功耗、低延遲、小體積、大帶寬等優勢，是下一代通訊系統和數據互聯的關鍵技術［1-3］。同時集成光學在光學傳感［4］、量子信息處理［5-6］、光學操縱［7］等領域有迫切的應用需求。一個完整的光子芯片由光源、低損耗波導、調制器、探測器等部件組成［8-10］。目前，單一光學元件可以做到很高的性能，但是如何將這些光學元件可靠地集成在一起，是非常重要的挑戰。例如，硅基光子集成與微電子產業中成熟的互補金屬氧化物半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）工藝兼容，且硅具有高折射率，極大的降低了光斑尺寸，可以使光路緊湊，是集成低損耗波導的良好材料。但由于硅是間接帶隙半導體，發光效率非常低，硅基光源的集成是極其困難的。Ⅲ/Ⅴ族半導體，如InP（磷化銦）、GaAs（砷化鎵）具有直接帶隙的能帶結構，是片上集成光源的最優解［11-12］。又如LiNbO3（鈮酸鋰）調制器［13］、Ge（鍺）探測器［14］、YIG（釔鐵石榴石）光隔離器［15］等器件，相比于硅基器件來說都有獨特的優勢。

為了實現這些性能優越的光電器件的有機集成，目前主要有有兩種解決方案。第一種方案是混合集成［16-19］，在各自最優材料體系內加工不同的光電器件，后通過透鏡耦合、光柵耦合或倒裝焊等方法集成到一起，這需要極高精度的主動對準技術，離散的組裝失去了緊密集成的意義，也很難進行具有高重復性的大規模光子集成。第二種方案是單片集成［20-22］，即在單一基底上鍵合或直接外延生長異質材料，再制備所需的功能芯片，但是工藝難度非常大，良品率不高，且技術很難移植。……