光子芯片产生毫瓦级紫外光，亮度比以往提升百倍

荷兰特文特大学与哈佛大学的研究人员开发出一种新方法，能够在光子芯片上产生功率足以满足实际应用的紫外光。该技术首次在芯片上实现了毫瓦级紫外光的输出，为量子技术、光学原子钟和先进测量设备等领域迈出了重要一步。相关研究成果发表于《自然·通讯》期刊。

集成光源对现代技术至关重要。例如，数据通过玻璃光纤以红外光形式传输。但传感、量子计算等其他应用则需要可见光或紫外光。此前，芯片主要适用于较长波长的光。研究作者之一Kees Franken表示："每个应用都需要特定颜色的光，而在紫外等短波长领域，集成光源的质量始终不够理想。"

采用侧壁极化铌酸锂（SPLN）波导产生紫外光

从红光到紫外：双光子合二为一

研究人员通过巧妙的转换过程解决了这一问题。他们从红光入手——过去几年已在芯片上较易生成红光——并将其转换为紫外光。在此过程中，两个红光光子转换成一个紫外光子。以往这种方法在芯片上仅能产生极微弱的光输出。而这项研究首次生成了可用的紫外光功率：数毫瓦，约为此前成果的百倍。

薄膜铌酸锂

研究团队采用了薄膜铌酸锂材料。这种材料的芯片级版本由哈佛大学的一个研究组率先开发，本次研究也在此完成。近年来，该材料因其独特性质备受关注。

利用这种材料，研究人员构建了一种独特的波导——芯片上的纳米级结构，用于引导和约束光。他们对近两厘米长的整个波导进行了精细调控。为此，他们首先以仅数十个原子直径的精度测量了波导的形状。

通过在波导两侧设置电极，团队周期性地反转材料晶体结构的方向，每毫米多达上千次。沿波导交替施加电压，形成了实现光转换所需的模式。每个波导上约1万个电极各自独特，针对芯片上特定位置的波导形状进行了定制。

在早期研究中，电极通常放置在离波导一定距离的位置。Franken说："在我们的设计中，电极直接位于波导上，这要求制造工艺在数厘米长的芯片上达到50纳米的精度。但它赋予我们更强的控制能力，使红光到紫外的转换效率大幅提升。"

从量子计算机到光学原子钟

这一成果对于目前仍庞大、昂贵且难以扩展的技术最为重要。量子计算机是典型例子。Franken表示："若要扩展这类系统，就需要片上光源。"光学原子钟同样如此——它们精度极高，甚至能探测引力差异。将其集成在芯片上，可使它们紧凑实用，例如应用于卫星。

这项技术并未止步于学术论文。其核心知识已由特文特大学的衍生公司Sabratha获得保护。该初创企业专注于薄膜铌酸锂技术，并致力于将这些光子芯片扩展应用于电信和无线通信领域。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41467-026-68524-y