在集成光子学领域，一项突破性研究为光子芯片的发展开辟了全新路径。由加州理工学院、南安普敦大学与加州大学圣塔芭芭拉分校组成的联合团队，成功开发出一种超低损耗掺锗二氧化硅光子集成平台，相关成果发表于国际顶级学术期刊《自然》上。这项研究不仅攻克了光子芯片在可见光到近红外波段长期存在的损耗难题，更实现了与标准半导体CMOS工艺的深度兼容，为光子芯片从实验室走向产业化应用奠定了坚实基础。
研究团队的核心创新在于将广泛应用于光纤通信的掺锗二氧化硅材料引入芯片制造。这种看似普通的玻璃材料，实则是现代光纤网络的基石。通过标准半导体CMOS工艺，研究人员首次实现了将光纤材料"迁移"至芯片平台，创造了被称为"片上光纤"的新型光子集成方案。实验数据显示，该芯片在可见光波段（458nm）的损耗低至0.49dB/m，在1064nm波长处更达到惊人的0.08dB/m，其性能已接近1970年康宁公司首次制成低损耗光纤时的历史水平。
这项突破性成果的取得源于对材料特性与制备工艺的双重创新。研究团队从光纤设计原理中汲取灵感，通过在二氧化硅中掺入二氧化锗，既提高了材料折射率以增强光场约束能力，又意外降低了材料的熔点。这一关键发现使得团队能够利用标准退火炉在1000℃下进行晶圆级热回流处理，通过表面张力将波导侧壁打磨至原子级光滑，从根源上解决了短波长光子易被散射损耗的行业难题。在绿光波段，微环腔的品质因子达到2亿量级，较传统氮化硅平台提升两个数量级，标志着可见光波段光子集成技术取得根本性突破。
该平台的技术优势不仅体现在极致的低损耗特性，更在于其与现有半导体制造体系的完美兼容。研究团队采用等离子增强化学气相沉积（PECVD）、紫外光刻、电感耦合等离子体（ICP）刻蚀等标准CMOS工艺，使得半导体代工厂仅需微调现有产线即可实现规模化生产。由于光子芯片的特征尺寸大于电子芯片，对光刻精度的要求相对较低，加之热回流"熨烫"技术对侧壁粗糙度的容错性，显著降低了制造门槛。更值得关注的是，该平台在退火前即可实现<1dB/m的超低损耗，为与三五族半导体激光器、薄膜铌酸锂等热敏感材料的异质集成创造了可能。
基于该平台，研究团队已成功演示了光学频率梳、布里渊激光和窄线宽激光器三大核心功能，证明其可作为支撑多种高性能光子器件的通用平台。其中，可见光芯片激光器的线宽被压缩至10Hz量级，较此前纪录提升2-3个数量级，这一突破对原子传感器、光学原子钟和量子计算系统具有重大意义。在精密测量领域，超低损耗特性可显著提升光的相干性，使芯片级光学原子钟和陀螺仪的精度产生质的飞跃；在人工智能领域，该技术为构建大规模光神经网络提供了可能，允许光信号在复杂芯片回路中完成数万次运算；在量子信息领域，低损耗特性可大幅降低量子计算错误率，为构建大规模量子网络奠定基础。
尽管已在可见光到近红外波段取得领先地位，研究团队并未止步于此。他们正致力于开发更高质量的沉积、刻蚀和退火工艺，向0.2dB/km的光纤级超低损耗终极目标迈进。这场始于光纤通信材料的芯片革命，正在重新定义光子集成的可能性边界。当光信号不再受限于长距离传输的损耗桎梏，当复杂的光子功能能够集成于指甲盖大小的芯片之上，人类信息处理的方式正沿着这条愈发澄澈的微型光路，迈向更加光明的未来。
