硅基光子，NIST让激光秒变全彩光谱，集成光子芯片将重塑AI与量子计算

来自 实验室仪器网

美国国家标准与技术研究院（NIST）团队在《自然》发表突破性成果，研发出一种全新的多层集成光子芯片制造工艺，首次在硅晶圆上实现铌酸锂与五氧化二钽的异质集成，可在单芯片上生成广谱可见光与红外激光，为量子计算、光学原子钟、人工智能等领域突破瓶颈提供关键方案。

传统集成光子芯片面临核心局限：激光器波长单一、可调范围窄，而量子系统与精密测量需要多色、精准激光，现有设备体积大、成本高、功耗大，严重限制前沿技术走出实验室。NIST提出“三明治”式异质集成方案，以硅为基底，叠加二氧化硅、铌酸锂和五氧化二钽多层功能薄膜，构建可单片实现光信号处理、波长转换、高速开关的多功能光子电路。

关键技术突破在于低温沉积工艺，可在不损伤基底材料的前提下，将五氧化二钽均匀集成到芯片中。该材料能将单一入射激光转换成完整可见光谱与宽谱红外光；铌酸锂则提供高效电光调控与快速光开关能力，两者协同实现“输入一色、输出多色、片上可控”。

科研团队在杯垫大小的晶圆上集成约50颗芯片、内含超10000个光子电路，每颗均可输出独立波长，满足不同原子、不同量子体系的专用激光需求。该芯片可显著缩小量子计算机、光学原子钟的体积，降低功耗与成本，推动高精度导航、地震预测、暗物质探测、量子药物研发等应用落地。

此外，芯片具备高速片上光路由与低损耗传输能力，可提升AI硬件算力效率并优化VR显示画质。目前NIST已与产业伙伴合作推进技术产业化，这项工艺将重构集成光子产业版图，打通从实验室到实用化的关键链路。

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