Chinese Optics Letters 2024年第3期Editors’ Pick:
铌酸锂材料因具有较宽的透明窗口、较高的二阶非线性系数和线性电光系数，以及稳定的化学性质而受到了广泛关注。铌酸锂晶体具有优异的热电效应、压电效应、逆压电效应及光折变效应，成为先进光子元件的首选材料之一。
法布里珀罗腔、微环谐振腔、微盘谐振腔及微球谐振腔是光子集成芯片的重要组成部分，其光子局域的体积存在进一步压缩的空间。而光子晶体腔在亚波长尺寸，且展示出灵活可调的色散曲线，相比于传统回音壁谐振腔具有一定优势。铌酸锂传感器、调制器及光机械耦合器已在光子晶体平台上逐渐实现。
以往铌酸锂光子学的综述文章往往侧重于总结基于薄膜铌酸锂的微纳米光波导，光学回音壁谐振腔等单片集成，异质或者混合集成光子器件的研究进展及其制备工艺及性能参数。因稳定的化学性质带来的材料再沉积效应，薄膜铌酸锂光子晶体的制备过程往往和硅光子晶体的制备过程展现出差异，比如很难刻蚀大倾角的侧壁等，因此导致铌酸锂薄膜光子晶体的制备更加困难。
然后随着半导体加工工艺的日趋成熟，近几年美国Rochester大学、南京大学、上海交通大学、山东大学等研究团队开展了基于薄膜铌酸锂光子晶体的相关工作，其元器件的性能及其应用得到了迅速发展。而关于薄膜铌酸锂光子晶体的制备、表征及性能参数总结的综述尚未见报道。
为更好的利用铌酸锂材料与光子晶体结构结合产生的优势进行学习和总结，上海交通大学陈险峰、陈玉萍教授团队综述了薄膜铌酸锂光子晶体的常见制备、表征过程及主要应用。相关成果发表在Chinese Optics Letters 2024年第22卷第3期。
图1 集成有波长转换器、传感器、调制器、光机械腔及超棱镜的铌酸锂光子晶体芯片示意图
该综述文章首先总结了几种薄膜铌酸锂光子晶体的加工工艺，如聚焦离子束刻蚀法、电子束曝光结合氩离子刻蚀法、离子束增强刻蚀法及飞秒激光直写法等。归纳各个方法的加工参数、辅助材料及优劣对比。对于每种制备工艺，展示了不同加工参数对应的孔洞刻蚀效果及对应微腔的品质因子大小；同时总结了薄膜铌酸锂光子晶体的几种常见表征方法如光纤耦合、端面耦合、空间光耦合及光栅耦合。对比了不同耦合方式的应用场景。在第三部分总结了薄膜铌酸锂光子晶体的主要应用，如参量上转换、参量下转换、传感器、调制器及光机械耦合器。展示了每种元件的性能参数。
最后，该综述总结了薄膜铌酸锂光子晶体制备的主要挑战及可能的解决方法，指出了未来薄膜铌酸锂光子晶体的主要发展方向。未来基于薄膜铌酸锂光子晶体各种光学元件可集成到同一块芯片中，如图1所示。在未来研究中，团队也将聚焦于薄膜铌酸锂光子晶体有源器件，如基于铒离子掺杂的光子晶体激光器等，进一步拓宽铌酸锂微纳光子结构元器件的应用范围。
上海交通大学先进光子学材料和物理实验室（https://olab.physics.sjtu.edu.cn）由陈险峰教授主持，该团队长期致力于非线性光学和纳米光子学等方向。其中陈玉萍教授课题组长期从事非线性光学领域的研究工作，特别是对周期性畴反转铌酸锂（PPLN）晶体的物理特性及应用背景有着长达20余年的研究经验。近五年来，课题组基于铌酸锂薄膜（LNOI）和微环腔、光子晶体微腔和电光调制器等，掺杂稀土离子LNOI的激光器和放大器，研究亚波长纳尺度下声/光/热/力/电等多维度光场调控的新方法，新技术和物理机理；研究该高度局域光场调控下的新物理效应和现象的同时，发展了多种片上高效集成多功能光子芯片，为科研成果进一步走向应用奉献”铌酸锂谷”光子智慧。
编辑 | 木拉提·满苏尔
