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主要作者及研究机构
本研究的主要作者包括Nima Nader、Eric J. Stanton、Grant M. Brodnik等，研究团队来自美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology, NIST）和科罗拉多大学（University of Colorado）等机构。研究论文发表于2025年5月的《Optica》期刊，标题为“Heterogeneous Tantala Photonic Integrated Circuits for Sub-Micron Wavelength Applications”。

学术背景
本研究属于光子集成技术领域，特别是针对亚微米波长应用的光子集成电路（Photonic Integrated Circuits, PICs）开发。随着量子技术的快速发展，基于原子和离子阱的量子系统在定位、导航和计时（Positioning, Navigation, and Timing, PNT）等领域展现出巨大潜力。然而，这些系统的微型化受到缺乏适用于亚微米波长的紧凑型光子集成电路的限制。本研究旨在开发一种基于钽氧化物（Tantala, Ta₂O₅）的异质集成光子平台，以实现980纳米波长的高性能光子集成电路，从而推动量子传感器的微型化和功能集成。

研究流程
研究流程主要包括以下几个步骤：
1. 材料选择与平台设计：研究团队选择了钽氧化物作为被动光子材料，因其具有超低损耗、宽透明窗口和优异的热光特性。钽氧化物与InGaAs量子阱（Quantum Well, QW）增益材料的异质集成被设计为在980纳米波长下工作。
2. 晶圆级制造：研究团队开发了一种基于76.2毫米（3英寸）硅晶圆的异质集成工艺，将InGaAs量子阱增益材料与钽氧化物光子电路进行晶圆级键合。该工艺实现了>95%的表面面积利用率，并在单晶圆上集成了超过1300个有源组件。
3. 器件制造与测试：在钽氧化物平台上制造了多种功能组件，包括半导体光放大器（Semiconductor Optical Amplifiers, SOAs）、法布里-珀罗（Fabry-Pérot, FP）激光器和分布式反馈（Distributed Feedback, DFB）激光器。DFB激光器表现出43 dB的边模抑制比（Side-Mode Suppression Ratio, SMSR）和>250 GHz的单模调谐范围。
4. 系统级功能验证：研究团队通过泵浦微环谐振器中的光学参量振荡（Optical Parametric Oscillation, OPO）过程，验证了片上激光器的精确波长控制和系统级功能，生成了778纳米和752纳米的短波长信号。

主要结果
1. 高性能DFB激光器：在980纳米波长下，DFB激光器表现出43 dB的SMSR和>250 GHz的单模调谐范围，阈值电流为48 mA，最大输出功率为2 mW。
2. 系统级功能验证：通过泵浦微环谐振器中的OPO过程，成功生成了778纳米和752纳米的短波长信号，验证了平台在量子传感器应用中的潜力。
3. 高密度集成：在单晶圆上实现了超过1300个有源组件的集成，展示了平台的高密度集成能力。

结论
本研究成功开发了一种基于钽氧化物的异质集成光子平台，实现了在980纳米波长下的高性能光子集成电路。该平台不仅展示了高密度集成和高性能器件制造的能力，还通过系统级功能验证证明了其在量子传感器应用中的潜力。这一研究为未来开发完全功能集成的光子引擎提供了重要技术路径，推动了基于原子和离子阱的量子系统的微型化和功能集成。

研究亮点
1. 新材料平台：首次将钽氧化物用于亚微米波长的异质集成光子电路，展示了其优异的材料特性。
2. 高密度集成：在单晶圆上实现了超过1300个有源组件的集成，展示了平台的高密度集成能力。
3. 系统级功能验证：通过泵浦微环谐振器中的OPO过程，验证了平台在量子传感器应用中的潜力。

其他有价值的内容
研究团队还探讨了该平台在可见光和紫外光波长下的应用潜力，展示了其在非线性光学相互作用（如频率梳生成和波长转换）中的广泛适用性。这一平台有望在未来推动多种量子技术的微型化和功能集成，重塑高精度定位、导航和计时等领域的技术格局。