硅氮化物光子集成芯片中百万Q值双偏振微法布里-珀罗谐振器的突破性研究

这篇研究报道了基于硅氮化物(Si3N4)光子平台的集成双偏振微法布里-珀罗(μFP)谐振器，通过偏振不敏感萨格纳克环反射镜(SLR)和优化多模波导设计，同时实现TM0模式2.38×106和TE0模式3.48×105的创纪录负载品质因数(Q)，并展示0.11 nm自由光谱范围(FSR)的热调谐能力。该成果为光学传感器、非线性光学和集成量子光子学(PICs)树立了新标杆。

　　

亮点

我们基于商用Si₃N₄平台实现了超高Q值双偏振μFP谐振器，通过两种创新策略显著提升性能：精心设计的偏振不敏感萨格纳克环反射镜(SLR)将反射损耗降至最低；采用多模波导有效抑制传播损耗。该器件不仅同步实现TM₀和TE₀模式的超高Q值，还展现出跨越整个自由光谱范围(FSR)的宽谱调谐能力。

实验成果

实验装置示意图显示，可调谐激光源(TLS-570)通过透镜光纤耦合入芯片。旋转光学偏振器(OPPF05-NIR)可分别测量TE和TM模式的传输谱。测得TM₀模式的负载Q值达2.38×10⁶，TE₀模式达3.48×10⁵，热调谐效率分别为1.04 pm/mW和1.24 pm/mW。

结论

这项研究通过SLR反射镜和多模波导的协同设计，在Si₃N₄平台上实现了双偏振μFP谐振器的重大突破。其卓越性能为光学传感（TM模式具有更大 analyte 重叠）、量子级联激光器（TM偏振主导的 intersubband 跃迁）以及需要TE/TM协同作用的精密计量领域开辟了新可能。

讨论

尽管负载Q值已达极高水平，器件的本征Q值(Q_i)其实更高。目前可通过两种方法确定Q_i：系统测量不同腔长谐振器结合理论模型，或构建临界耦合器件直接提取。这些发现为下一代集成光子器件设计提供了重要参考。