我國集成光學(xué)芯片最新進(jìn)展情況

　　集成光學(xué)是在光通信、光計算機及光信息處理等新興技術(shù)需求的基礎上應運而生的。集成光學(xué)的概念在1969年被首次提出，它將光纖和以平面介質(zhì)光波導為基礎的集成光路相結合，極大地促進(jìn)了光通信的長(cháng)足發(fā)展。集成光路通常是利用光波導將發(fā)光元件、透鏡、光傳輸、光調制、光耦合以及光接收等器件連接在一起，集成在襯底上，構成具有一定獨立功能的微型光學(xué)體系。

　　集成光學(xué)建立在光電子學(xué)、光波導理論、激光技術(shù)和微電子學(xué)的微細加工工藝發(fā)展的基礎之上，是光電子學(xué)的一個(gè)重要分支。集成光學(xué)的任務(wù)是將傳統的光學(xué)元器件和系統微型化，并按照新的物理觀(guān)點(diǎn)將這些元器件或系統“集成”，以形成具有多種功能的集成光學(xué)體系。

　　超窄譜鎖模激光器實(shí)驗裝置

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，納米量子線(xiàn)、光子晶體以及微諧振腔的研究進(jìn)展，使得微腔激光器、納米光波導、納米光探測器等都可能成為現實(shí)，這將不斷地影響集成光學(xué)發(fā)展歷程，并可能實(shí)現更小尺寸的光集成。

　　目前，集成光學(xué)已經(jīng)成為當今光子學(xué)領(lǐng)域最為前沿技術(shù)之一，是光學(xué)發(fā)展的必由之路和高階階段。據OFweek激光網(wǎng)編輯了解，隨著(zhù)技術(shù)發(fā)展，集成光學(xué)正在經(jīng)歷著(zhù)集成電子學(xué)發(fā)展軌跡，即更小的單個(gè)器件、更緊密的集成、更低成本的加工工藝。具體而言，集成光學(xué)正從分立元件向集成光學(xué)芯片發(fā)展，未來(lái)也將邁向納米集成光學(xué)芯片。

　　我國在集成光學(xué)方面也進(jìn)行了大量投入，近期也取得了系列進(jìn)展。通過(guò)設計不同激光器參數，利用激光腔內光場(chǎng)增益、非線(xiàn)性和色散的相互作用，產(chǎn)生的各類(lèi)脈沖激光源已經(jīng)在學(xué)術(shù)和商業(yè)領(lǐng)域中取得豐碩的成果。而面對超高速光學(xué)時(shí)鐘、高速光通信技術(shù)、微波光子學(xué)、光譜測量及天文光頻梳等領(lǐng)域對激光脈沖源的重頻提出了更高的需求。西安光機所利用自家研制的片上微環(huán)諧振腔，基于耗散四波混頻效應，實(shí)現了基頻為49GHz的穩定激光脈沖輸出，相比于超短腔脈沖激光器，有效降低了由Schawlow and Townes限制帶來(lái)的高相位噪聲。同時(shí)利用片上激光模式選擇機制，實(shí)現了49~735GHz的多倍速率的激光脈沖，突破了激光腔自由光譜范圍對重復頻率的限制。

　　2016年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗室任希鋒研究組與浙江大學(xué)科學(xué)家合作，首次研制成功硅基導模量子集成芯片，實(shí)現單光子態(tài)和量子糾纏態(tài)在偏振、路徑、波導模式等不同自由度之間的相干轉換，其干涉可見(jiàn)度均超過(guò)90%，為集成量子光學(xué)芯片上光子多個(gè)自由度的操縱和轉換提供重要實(shí)驗依據。

　　與自由空間光學(xué)、光纖光學(xué)相比，集成光學(xué)的器件及系統具有尺寸小、可擴展、功耗低、穩定性高等諸多優(yōu)點(diǎn)。在過(guò)去集成量子光學(xué)芯片研究中，人們通常采用偏振自由度或路徑自由度，即利用不同偏振或不同路徑來(lái)實(shí)現量子信息編碼。其中，偏振編碼僅能實(shí)現二維量子信息過(guò)程，無(wú)法實(shí)現高維編碼，因而在信息容量和安全性方面存在明顯不足;路徑編碼雖然可實(shí)現高維量子信息過(guò)程，但為了防止不同路徑信息之間的串擾，其路徑間距通常較大，極大地制約了量子光學(xué)芯片集成度的提升和功能擴展。

　　任希鋒研究組與合作者在硅光子集成芯片研制上，首次利用硅納米光波導本征模式作為量子信息編碼的新維度，利用一條支持多個(gè)波導模式的多模波導實(shí)現量子信息高維編碼，有效避免了信息串擾問(wèn)題，同時(shí)利用光子的多個(gè)自由度顯著(zhù)提升信息容量。他們還利用新型硅基片上模式轉化器和模式復用器，成功實(shí)現偏振、路徑和波導模式自由度之間的任意相干轉換，單光子和雙光子的干涉可見(jiàn)度均超過(guò)90%，充分展示了在集成量子光學(xué)芯片中同時(shí)操縱多個(gè)自由度的可能性，為實(shí)現集成量子光學(xué)芯片中高維量子信息過(guò)程奠定重要基礎。