荷蘭特文特大學與美國哈佛大學聯(lián)合研究團隊研發(fā)出一種側壁極化鈮酸鋰波導方法，在光子芯片上實現(xiàn)了毫瓦級紫外光輸出，功率較以往提升逾百倍，首次讓芯片級紫外光源跨入可用門檻。這項成果有望為量子技術、光學原子鐘、精密測量與高端顯微開辟新的集成化道路。相關論文已發(fā)表于最新一期《自然·通訊》雜志。

集成光源雖為現(xiàn)代科技的基石，不同應用卻需要不同顏色的光。譬如數據以紅外光的形式在光纖中穿梭，而傳感與量子計算則需要可見光乃至紫外光波段。目前，科學家主要利用芯片產生波長較長的光，對于紫外光等短波光則力有不逮。

團隊另辟蹊徑，從相對易得的紅光起步，借助非線性轉換讓兩個紅光光子“變身”為一個紫外光子。此前這種片上轉換效率極低，所得紫外光幾乎不可用。新方法一舉將產生的紫外光推至數毫瓦，約為舊有紀錄的百倍。

核心器件由薄膜鈮酸鋰精心雕琢而成。集成薄膜鈮酸鋰光子平臺雖蘊含產生紫外光的潛力，但傳播損耗高，加之缺乏可靠手段將厘米長度、短極化周期的波導穩(wěn)固于芯片上，所以很難產生有效的紫外光。

為攻克這一難題，團隊打造出一款長約2厘米的特異波導。他們以原子直徑的精度測量波導形狀，沿波導側壁布設電極，以每毫米上千次的頻率周期性地翻轉材料晶格取向。交流電壓沿波導打開和關閉，雕刻出光頻轉換所需的精密圖紋。每個波導上約10000個電極，無一雷同，依波導各點確切形態(tài)“量身定制”而成，能有效地將紅光轉化為紫外光。

相對于眼下仍顯龐大、昂貴且難于擴展的諸多技術而言，這一成果具有重要意義。例如在量子計算中，若想擴大量子系統(tǒng)的規(guī)模，片上光源是必由之路。此外，光學原子鐘精確性極高，能感知重力的微小差異，如果將其縮小至芯片尺寸，可搭載于衛(wèi)星上，進一步擴大其實用場景。