近日，北京大學電子學院區域光纖通信網與新型光通信系統國家重點實驗室、北京大學納光電子前沿科學中心的常林研究員及合作者受邀在知名學術期刊Science上發表題為"Lithium niobate photonics: Unlocking the electromagnetic spectrum"的綜述文章，系統回顧了鈮酸鋰（LiNbO3，或LN）作為產生和控制不同波段電磁波材料的發展歷史，并對鈮酸鋰未來的應用前景作出展望。

圖1. 鈮酸鋰作為光子材料的發展時間線

鈮酸鋰是一種關鍵的光子材料。由于其材料本身的大電光、壓電和非線性效應的特性，以及具有商業上普遍供應的光學質量晶圓的優勢，非常適合被用于產生和控制各種頻段的電磁波。幾十年來，共出現了三種LN光子平臺，分別為塊狀晶體、弱約束波導和緊密約束波導，其演變過程見圖1。

LN的材料特性使之能產生和處理從紫外線頻段到微波頻段的電磁頻率，范圍涵蓋了近五個數量級。在可見和紫外光頻段，材料損耗非常低，產生方法是利用非線性效應，應用場景有視覺應用和原子躍遷探測；在近紅外頻段，由于低傳輸損耗有廣泛的應用，例如光通信、微波光子學、量子光學和光探測等，產生近紅外頻率電磁波的方法也很多樣，例如拉曼激光、DFG、基于克爾效應的超連續譜產生、電光梳等；在中紅外頻段，可以用于空氣質量監測等場景，這一頻段的光可以通過超連續譜產生和克爾效應得到；太赫茲頻段可以穿透紙張、塑料和織物，因此被用于傳感和安全成像，窄帶、高強度的太赫茲電磁波可以通過LN晶體中的光學整流生成；微波頻率被用于5G和6G通信、雷達和射電天文學等領域，這一頻段可以利用LN的聲光、電光效應，將微波頻率轉換到光載波上。

圖2. LN光子學應用場景的展望

文章對LN上光子學的發展進行了展望。LN波導平臺將在復雜性和光譜寬度兩個方面加速發展，從長遠來看，基于大規模加工工藝、多種材料異質集成和電子電路共同封裝，薄膜LN平臺將有望實現大規模光學網絡，從根本上產生應用創新，例如光量子計算芯片、全集成激光雷達和光神經網絡等。

墨爾本皇家理工大學工程學院綜合光子學和應用中心、澳大利亞阿德萊德大學光子學和先進傳感研究所、澳大利亞阿德萊德大學電氣和電子工程學院的Andreas Boes和常林為該論文的共同第一作者和通訊作者。來自斯坦福大學、哈佛大學、加州大學圣芭芭拉分校的該領域的權威專家共同完成了文章的撰寫。本系列研究得到科技部重點研發計劃與北京市自然科學基金重點項目的支持。

來源：北京大學新聞網

原文鏈接：https://news.pku.edu.cn/jxky/ec55d0aa5b014069bff85e8c1a75f4f8.htm