国产异质集成光子芯片刷新高速通信纪录

近日，中科院上海微系统与信息技术研究所欧欣研究员团队近期联合瑞士、德国顶尖科研团队，在钽酸锂 - 氮化硅异质集成光子芯片上取得重要进展。该成果不仅补齐了现有氮化硅光子平台的关键短板，更为高速光通信、射频光子与片上光系统提供了可规模化落地的全新技术路线。

当前，氮化硅光子芯片凭借低光学损耗、优良非线性、高功率耐受及 CMOS 兼容特性，已成为非线性光学、频率转换等领域的主流载体。但受制于材料本征属性，氮化硅不具备线性电光（Pockels）效应，传统调制方案多依赖热光或声光效应，在调制带宽与效率上存在明显瓶颈，难以满足下一代通信、光计算等场景对高速、大带宽器件的迫切需求。

相比业内更为熟知的薄膜铌酸锂，薄膜钽酸锂在保持可观电光系数的同时，在器件高功率稳定性、光损伤阈值、抗光折变等方面更具优势，叠加其在 5G/6G 射频滤波器领域的产业化应用，光学级供应链日趋成熟，工程化价值持续凸显。如何将氮化硅的低损耗优势与钽酸锂的高速电光效应高效融合，并实现晶圆级可靠制造，成为集成光子芯片领域的核心攻关方向。

针对这一痛点，上海微系统所联合国际团队依托自研氮化硅光子大马士革工艺与晶圆键合技术，成功实现 4 英寸钽酸锂 - 氮化硅异质晶圆制备，晶圆内钽酸锂薄膜转移完整率接近 100%。经测试，该异质混合波导光学损耗仅 14.2 dB/m，显著优于现有同类集成方案，为低损耗与高速调制的兼顾奠定基础。

在器件性能上，研究团队基于马赫 - 曾德尔结构构建的电光调制器表现亮眼：混合波导中光模能量在钽酸锂薄膜内占比达 48%，电场与光场耦合充分；调制效率达 4.08 V・cm，电光响应 3dB 带宽逼近 100 GHz，回波损耗小于 - 15 dB，具备优异的速度与阻抗匹配特性。同时，得益于未刻蚀钽酸锂薄膜的结构设计，器件光折变效应显著减弱，在封装条件下 1 小时内功率漂移低于 0.5 dB，DC 偏置稳定性大幅提升，可满足多通道传输、光计算等系统级长期运行需求。

高速通信演示数据更具行业里程碑意义：在强度调制（IMDD）模式下，器件净信号传输速率最高达 333 Gbit/s；相干 IQ 调制模式下，净传输速率突破至 581 Gbit/s，两项指标均刷新同类平台纪录，充分验证了该异质集成方案的高速通信潜力。

业内观点认为，此次成果突破了氮化硅光子芯片无高速电光调制的固有局限，通过异质集成实现了低损耗、高带宽、高稳定性的协同优化，且具备晶圆级规模化制造潜力。