近日，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的研究團隊在氮化硅光子集成電路領域取得重大突破，成功定位并解決了阻礙確定性孤子微梳實用化的核心問題，相關成果為光通信、激光雷達、量子計算等多個領域的技術革新鋪平了道路。

圖1：硅晶圓中的銅深度分布曲線

    氮化硅光子集成電路是當前微梳技術的主流平臺，其支持的片上光學頻率梳（微梳）具有寬帶寬、緊湊化、兼容晶圓級制造等優勢，已在光通信、低噪聲微波產生、并行卷積處理等場景完成系統級演示。然而，熱不穩定性導致的確定性孤子產生難題，長期限制了該技術從實驗室走向實際部署。此前學界開發的脈沖泵浦、快速掃描等解決方案，均未從根本上消除熱效應，還額外增加了系統復雜性。

    研究團隊通過深入探究發現，熱效應的根源在于氮化硅波導中存在的銅雜質。這些雜質來自 CMOS 級硅晶圓本體，在制造過程的高溫退火步驟中，會從硅晶圓擴散并被氮化硅層捕獲。實驗數據顯示，銅雜質濃度越高，器件的熱吸收損耗越大，孤子可存在范圍越窄 —— 當銅濃度達到約 1380 ppba 時，孤子階躍長度會縮減 38 倍，無法通過常規調諧方式獲得穩定孤子狀態。

    針對這一問題，團隊開發了兩種高效銅去除技術：一是采用犧牲性氮化硅吸除層，在高溫退火中捕獲銅雜質后剝離去除；二是集成氮化硅擴散屏障，阻止銅雜質向波導芯層擴散。兩種方法均與商業代工廠工藝完全兼容，可直接融入標準生產流程。經二次離子質譜分析驗證，處理后的氮化硅波導銅濃度低于檢測極限，傳輸損耗顯著降低，熱吸收效應大幅減弱。

    基于無銅光子集成電路，團隊實現了里程碑式的突破：在 40、50、100、200 GHz等多種自由光譜范圍的微諧振器中，均達成 100% 的孤子產生產率。無需復雜的輔助激光、主動反饋或脈沖泵浦技術，僅通過簡單壓電調諧或慢速激光掃描，就能穩定獲取單孤子狀態，反向調諧還可實現孤子數量的確定性切換。這一成果大幅簡化了孤子微梳的產生裝置，降低了技術應用門檻。

    該研究不僅解決了困擾微梳技術多年的實用化瓶頸，更為集成光子學領域的低損耗器件研發提供了新方向。未來，無銅氮化硅光子集成電路將推動微梳技術在光通信、傳感、量子計算等領域的規模化部署，助力相關行業實現性能升級與成本優化。研究團隊表示，相關技術已具備工業化應用條件，有望快速轉化為實際生產力。

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    Deeplight SA是一家瑞士初創公司，成立于2021年6月，專注于開發具有超低噪聲和高頻靈活性的光子集成電路（PICs）。他們的主要產品是一款連續波激光器，適用于多種應用，包括科學研究、工業用途和消費市場。該公司總部位于瑞士洛桑，因其在光子學領域的創新性貢獻而獲得認可。

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    富泰科技（香港）有限公司成立于2005年，公司扎根中國，職能部門分布香港，武漢，深圳，蘇州，成都，新加坡等地。公司聚焦于激光、光學技術在光纖通信、氣體傳感、生命科學、超快激光和精密光譜等領域的應用，服務客戶包括光纖模塊制造商，通信系統設備制造商、互聯網公司及工業企業和大學。