科研进展 | 信息学院陆娟娟课题组在集成非线性光子学领域取得进展

近日，上海科技大学信息科学与技术学院后摩尔器件与集成系统中心（PMICC）陆娟娟课题组在集成非线性光子学领域取得了重要进展。该团队采用悬空波导结构，在薄膜铌酸锂平台上成功实现了高增益的布里渊放大器，相关研究成果以“On-Chip Brillouin Amplifier in Suspended Lithium Niobate Nanowaveguides”为题，发表在光学领域国际期刊 Laser & Photonics Reviews 。

随着集成光子学的快速发展，各种光学芯片材料平台层出不穷。其中,薄膜铌酸锂（Thin-Film Lithium Niobate, TFLN）凭借其优异的非线性光学性质脱颖而出，成为实现高速电光调制,高效频率转换和宽带光频梳等器件的理想材料,并展现出巨大的集成潜力。受激布里渊散射作为光子声子相互作用的核心物理过程，在光纤传感和微波光子学等领域展现出巨大潜力。然而，传统非悬空TFLN波导中实现的最高布里渊增益仅为3 dB，远未发挥铌酸锂材料高光弹性系数的潜力。

陆娟娟课题组提出采用悬空波导结构（图1），通过增强声学模式限制，大幅提升了声光相互作用效率。由于铌酸锂具有显著的各向异性特性，其光弹性系数会随波导传播方向的变化而改变，研究团队通过系统性变化波导传播方向与晶体z轴的夹角（图2(a)，在135°夹角下实现了129.5 /m/W的布里渊增益系数。通过调节泵浦波长和芯片温度，成功实现了布里渊波长的精准调谐（图2(b, c)展示了该器件出色的可调谐性。此外，团队通过采用创新的脉冲泵浦光技术,成功实现了8.5 dB的布里渊放大增益（图3),刷新了TFLN平台布里渊增益的最高记录。该研究不仅拓展了集成布里渊器件的研究思路，更为开发面向量子信息处理和高精度传感等应用的高性能声-光-电集成芯片提供了关键技术支撑。

图1. 悬空的x-cut TFLN波导示意图

图2. (a) 布里渊增益系数随角度的变化；布里渊频率分别随(b)泵浦波长和(c)芯片温度的变化

图3. 布里渊增益随泵浦功率的变化

上海科技大学是该成果的第一完成单位。信息学院2024级博士研究生于思敏为第一作者，上海科技大学陆娟娟教授与中国科学技术大学邹长铃教授为共同通讯作者。该项目得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/lpor.202500027

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