哈佛团队利用铌酸锂实现芯片级高功率紫外光源

紫外线在消毒、荧光检测、芯片光刻等领域应用广泛，并有望推动量子计算、原子钟等前沿技术发展。然而，紫外光在芯片波导中传输损耗极大，难以实现小型化、高功率的片上光源。近日，哈佛大学Marko Loncar教授团队在这一领域取得突破。

该团队利用薄膜铌酸锂平台，成功开发出一种微米级光子器件，产生的片上紫外光功率较以往同类方案 提升约120倍，达4.2毫瓦（波长390纳米）。研究证实，铌酸锂不仅适用于红外电信波段，同样可用于高效、低损耗的紫外光源集成。

哈佛大学的研究人员制造了一款侧壁极化的铌酸锂芯片，图中所示为其产生紫外光时的状态

技术核心：红光上转换 + 侧壁极化
为避开紫外光直接传输的损耗问题，该器件采用频率上转换方案：在铌酸锂晶体内，两个红光光子结合生成一个紫外光子。为实现高效转换，需在波导中对铌酸锂的晶体畴进行周期性翻转——即“极化”工艺。此前方法面临“全膜极化”与“先刻波导”之间的效率与精度矛盾。

哈佛团队创新提出 “侧壁极化” 技术：将精细图案化的金属电极直接置于波导刻蚀后的侧壁，实现了对整个波导截面晶体的完全反转，同时利用“自适应极化”补偿薄膜厚度与波导形状的偏差。这一高精度工艺的电极定位误差控制在 约50纳米。

应用前景：量子计算与环境传感
高质量的芯片级紫外光对 离子阱量子计算机 尤为关键——其中原子跃迁多位于近紫外波段。论文共同第一作者、Loncar实验室的前研究员Kees Franken指出：“若非卡车大小的量子计算机，光源需缩小至芯片级。”此外，该波段还适用于紧凑型环境传感器，用于温室气体或大气污染物的高精度监测。

团队优势：全链条整合研发
研究者将突破归因于Loncar实验室整合了从理论设计、洁净室制造到光学测试的完整能力。论文共同第一作者、前研究生Soumya Ghosh表示：“我们既掌握了器件制作的实践直觉，又保持了对应用与表征的宏观视野，这是项目成功的重要基础。”

该成果为高功率、低损耗、紧凑型紫外光源的实用化开辟了新路径，有望推动量子计算、精密测量与集成光学传感的芯片化进程。