光子集成芯片中使用的铌酸锂晶体

　　铌酸锂晶体集各种光电性能于一体且可以达到产品化性能要求，在光电材料中极其罕见。随着铌酸锂晶体集成光子学芯片理论、制备与应用等核心技术发展与完善，铌酸锂晶体变成光子时代的“光学硅”材料，为集成光子学的发展提供战略性基础支撑。

　　光子早就在高容量通信、光存储、信息的传递、信息处理、探测等行业得到了普遍使用，与电子学从分立元件到集成电路的发展一样，光子学器件的微微型化、集成化、低功耗、模块化、智能化和高可靠性等要求越来越高，集成光子学芯片势必会替代分立光学元件。早期集成光子学芯片的发展主要是光通信需求的牵引，围绕硅基光子学和磷化铟基集成开展研究。

　　硅基光子学集成芯片因为巨大的成熟半导体材料和生产工艺体系而发展迅速，但硅基激光器制备技术始终是其中的短板，现阶段依赖与磷化铟混合集成;部分磷化铟集成光子芯片已经获得商业化应用，性能也比硅基光子学集成芯片更加出色，但缺乏像硅一样的通用工艺平台，工艺技术复杂,价格比较贵。

　　由光通信需求牵引的铌酸锂基集成光子学研究，重点围绕马赫-曾德干涉光强调制器、相位调制器及其集成光开关等多个方面开展。

　　除光通信领域对集成光子学的需求外，基于光子学的光量子信息处理、光计算、生物传感、成像探测、信号处理、存储、三维显示等将来需求更加庞大，与硅或磷化铟等混合集成的方案难以适用。

　　从单项技术发展看来，绝大多数的光子学元件都已经基于铌酸锂晶体实现，包括：

　　通过稀土掺杂实现的锁模激光器、调Q激光和光放大等;

　　钛扩散和质子交换实现的光波导以及集成光开关、光交叉、光耦合及其单光子探测等;

　　运用电光效应实现的强度、相位和偏振的调制、波前探测和光脉冲选择等;

　　利用非线性光学效应实现的光频率变换、量子纠缠态光子产生;

　　利用光折变效应实现的光栅、全息存储、相位共轭器、空间光调制器等;

　　铌酸锂光子晶体、铌酸锂光学微腔发展起来的全光逻辑门、半加器、频率梳等新型器件;

　　通过压电效应、热释电效应、光弹效应等实现对力、热、光等信号之间的互相转换与传感。

　　在目前发展比较成熟的光电材料体系里，基于同一个基质材料发展如此多的基本光学元件、光子学器件和光电器件是罕见的，这也使得大众对铌酸锂晶体未来在集成光子学芯片发展中发挥更重要作用充满了期待。

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