一种晶圆级异质III-V-on-氮化硅量子光子平台
增益介质和强非线性材料与超低损耗氮化硅(SiN)光子学平台的异质集成,为实现可扩展量子电路提供了途径,但兼顾晶圆级可制造性、低层间损耗和高性能一直颇具挑战。本文展示了一种晶圆级III-V族-on-SiN量子光子平台,该平台将III-V族材料层直接集成到代工厂制备的SiN电路上。SiN层提供200-300 nm厚的波导,损耗低于1 dB/m,并拥有成熟的被动光子学生态系统,而III-V族材料则提供巨大的\(χ^{(2)}\)和\(χ^{(3)}\)非线性效应,用于参量增益、频率转换和量子光产生。绝热层间耦合器实现了与InGaP波导及谐振器的连接,耦合损耗低于25 mdB,谐振器本征品质因数超过\(10^6\),从而实现了亮度提升15倍的纠缠光源和高效的SiN非线性转换。集成的组件——包括低损耗分束器、波导交叉器和可调谐干涉仪——辅以III-V族激光器和InP光电探测器(放大器实现了高达\(99^{+1}_{-12}\%\)的量子效率和3 GHz带宽)。该架构在一个晶圆级、低损耗平台上统一了超高效光源、非线性元件和探测器,为构建大规模、低噪声量子光子学系统铺平了道路。

