加利福尼亚州帕萨迪纳，2026年2月6日电——加州理工学院的研究人员成功探寻到一种在硅晶圆上引导光的方法，此方法能够实现极低的信号损耗，在可见光波段近乎达到光纤的损耗水平。这一卓越成就为新一代具备超相干性、高效率的光子集成电路（PIC）的发展铺平了道路，势必将对各类片上应用产生深远的影响，其中涵盖精密测量（诸如用于计时的光学钟以及用于旋转的陀螺仪）、人工智能数据中心通信，甚至量子计算等领域。

光纤之所以具备超低损耗性能，得益于其制造玻璃的高纯度以及精心设计的超平滑特性。这使得光能够从一端进入并从另一端射出，而信号不会出现被吸收、散射或其他形式的丢失情况。加州理工学院信息科学与技术及应用物理学泰德与金杰·詹金斯教授 Kerry Vahala 指出：“多年来，我们始终致力于将基于线轴的光纤制造技术迁移至硅晶圆上，同时竭力维持光纤标志性的超低损耗特性。我们研发出一种方法，能够直接在用于计算机芯片的8英寸和12英寸晶圆上‘打印’由与光纤相同材料制成的光学电路。这种向类光纤性能的转变，尤其是在可见光波段，将使那些受益于可忽略不计的电路能量损耗的新技术成为可能。”

为了制造波导，该团队借助基于光刻的制造工艺，对用于光纤的相同玻璃材料——锗硅酸盐（germano - silicate）进行了调整。波导被布置成螺旋几何形状，以延长其光路长度，这类似于将光缠绕在光纤线轴上，不过利用纳米制造技术实现了显著更小的占地面积。加州理工学院应用物理与材料科学访问学者、专注于光子电路的 Emcore 公司首席技术官兼该论文作者 Henry Blauvelt 表示：“锗硅酸盐波导展现出极低的损耗，并且具有良好的适应性，能够有效地在光纤和半导体激光器之间传输光，这对于降低服务器基础设施的总能耗至关重要。”

加州理工学院团队新平台制造的器件在近红外波段已经达到了之前由氮化硅制成的顶级器件的性能水平。氮化硅因其在数据传输方面的低损耗性能而在光学领域得到广泛应用。尤为重要的是，这种新材料在可见光波段的性能显著优于氮化硅。Chen 表示：“由于该材料的熔点相对较低，我们可以将器件放入炉中对波导表面进行‘回流’处理，使表面平滑度达到单个原子的水平，这在很大程度上抑制了限制传统可见光 PIC 的严重散射损耗。在可见光波段，我们最近的平台性能超过了氮化硅记录的20倍，而且我们仍有进一步改进的空间。”

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