光子芯片实现毫瓦级紫外光输出

荷兰特文特大学与美国哈佛大学联合研究团队研发出一种侧壁极化铌酸锂波导方法，在光子芯片上实现了毫瓦级紫外光输出，功率较以往提升逾百倍，首次让芯片级紫外光源跨入可用门槛。这项成果有望为量子技术、光学原子钟、精密测量与高端显微开辟新的集成化道路。相关论文已发表于最新一期《自然·通讯》杂志。

集成光源虽为现代科技的基石，不同应用却需要不同颜色的光。譬如数据以红外光的形式在光纤中穿梭，而传感与量子计算则需要可见光乃至紫外光波段。目前，科学家主要利用芯片产生波长较长的光，对于紫外光等短波光则力有不逮。

团队另辟蹊径，从相对易得的红光起步，借助非线性转换让两个红光光子“变身”为一个紫外光子。此前这种片上转换效率极低，所得紫外光几乎不可用。新方法一举将产生的紫外光推至数毫瓦，约为旧有纪录的百倍。

核心器件由薄膜铌酸锂精心雕琢而成。集成薄膜铌酸锂光子平台虽蕴含产生紫外光的潜力，但传播损耗高，加之缺乏可靠手段将厘米长度、短极化周期的波导稳固于芯片上，所以很难产生有效的紫外光。

为攻克这一难题，团队打造出一款长约2厘米的特异波导。他们以原子直径的精度测量波导形状，沿波导侧壁布设电极，以每毫米上千次的频率周期性地翻转材料晶格取向。交流电压沿波导打开和关闭，雕刻出光频转换所需的精密图纹。每个波导上约10000个电极，无一雷同，依波导各点确切形态“量身定制”而成，能有效地将红光转化为紫外光。

相对于眼下仍显庞大、昂贵且难于扩展的诸多技术而言，这一成果具有重要意义。例如在量子计算中，若想扩大量子系统的规模，片上光源是必由之路。此外，光学原子钟精确性极高，能感知重力的微小差异，如果将其缩小至芯片尺寸，可搭载于卫星上，进一步扩大其实用场景。