2023
Introduction of achievements
— 成果介绍 —
基于掺铒氧化铝—硫系玻璃异质集成的片上光波导放大器广东省光电芯片系统重点实验室
前言：
近日，广东省光电信息处理芯片与系统重点实验室团队展示了一种可在硫系材料平台上实现高性能片上光放大的技术方案，通过采用具备高增益特性的掺铒氧化铝薄膜与高品质硫系波导（GeSbS）异质集成结构设计，实现了大于6 dB的内部净增益，其增益波段可覆盖1520 nm~ 1560 nm。该方案有效解决了传统掺铒硫系材料无法实现高性能光放大的问题，为基于硫系光子平台的光放大技术提供了解决方案。
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研究背景
从数据通信到光学计算、传感、成像和医疗保健等新兴应用场景，光子集成回路（PIC）都已获得广泛应用，极大地改变了信息的生成、操作、传输和检测方式。随着光子集成技术的发展，目前已经开发出多种光子器件作为其基本构建块，如片上激光源、电光调制器、高速光电探测器等，以构建更通用和智能的光子回路。因此，集成波导放大器对于提供增益补偿和满足光功率要求变得越来越重要。根据已有文献报道，光功率放大器目前有几种实现机制，包括半导体光放大器、拉曼放大器、光学参量放大器以及稀土离子掺杂的光放大器。其中，因具有更高的饱和输出功率、更宽的增益谱和更低的噪声系数等特性，基于稀土离子掺杂策略的光放大器备受关注。
硫系材料（ChGs）具有较宽的透明窗口（0.5～25μm）、可观的弹光系数和独特的非线性光学特性等优势，已被广泛应用于片上受激布里渊散射、高效声光调制器和克尔光频梳产生等。但硫系材料固有的稀土离子溶解度低以及发光效率低等缺点阻碍了其掺铒光放大技术的发展，给未来硫系光子芯片的大规模集成提出了严峻挑战。因此解决硫系光子集成平台面临的光放大难题并探索新型高效的放大机制具有重要研究意义。
02
成果展示
针对上述问题，团队开发了高增益掺铒氧化铝薄膜与GeSbS硫系玻璃异质集成的光波导放大器器件。通过原子层沉积工艺制备低损耗、高增益系数的掺铒氧化铝增益薄膜，同时与低损耗GeSbS波导异质集成，在实现低损耗传输的情况下又有效避免了直接在硫系材料中掺杂的诸多弊端。制备方案如图2 (a)所示：
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论文介绍
供稿：王春旭
排版：唐万婵
初审：杨楠
审核：李朝晖
审定发布：刘飞
