近日，加州理工学院（Caltech）在光子集成电路（PIC）领域取得突破性进展。研究团队成功在8英寸和12英寸硅晶圆上，制造出具备超低损耗的光波导，使其在可见光波段的信号损耗逼近传统光纤水平。
这项突破有望推动新一代高相干性和高能效光子集成电路（PIC）的发展，其潜在应用范围广泛，涵盖光钟、陀螺仪、人工智能数据中心通信以及量子计算等领域。
以往硅基光子技术多依赖氮化硅材料。本次研究团队则创新性地采用了制造光纤的“锗硅酸盐”（Germano-silicate）玻璃材料，并将其与适用于晶圆制造的标准光刻工艺相结合。由于该材料熔点较低，研究人员能够通过“热回流”（reflow）工艺将波导表面平滑度提升至原子级别，从而大幅抑制了困扰传统可见光集成电路的光散射损耗。
本次研究成果在损耗、相干性、集成度等方面取得了巨大进展。
损耗降幅显著：在可见光波段，这一全新平台的性能一举打破此前纪录，比目前最优秀的传统氮化硅器件提升了20倍。
相干性飙升：得益于损耗的显著降低，基于该平台制造的激光器，其光相干时间实现了超过100倍的提升。
超高集成度：通过将纳米级波导设计为紧凑的螺旋状，该技术在极小的微芯片面积内，实现了等效于数公里级别的光路传输性能。
研究团队指出，虽然芯片本身只有约2厘米宽，但许多应用都需要以“米”甚至“公里”级别来衡量损耗，因为光在器件内反复循环的总距离，取决于每次绕行时损失有多低。这也是为什么这项成果对高相干激光、芯片级原子传感、光学时钟与离子阱系统都有潜在价值。
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