氮化硅光子集成电路是当前微梳技术的主流平台，其支持的片上光学频率梳（微梳）具有宽带宽、紧凑化、兼容晶圆级制造等优势，已在光通信、低噪声微波产生、并行卷积处理等场景完成系统级演示。然而，热不稳定性导致的确定性孤子产生难题，长期限制了该技术从实验室走向实际部署。此前学界开发的脉冲泵浦、快速扫描等解决方案，均未从根本上消除热效应，还额外增加了系统复杂性。
研究团队通过深入探究发现，热效应的根源在于氮化硅波导中存在的铜杂质。这些杂质来自 CMOS 级硅晶圆本体，在制造过程的高温退火步骤中，会从硅晶圆扩散并被氮化硅层捕获。实验数据显示，铜杂质浓度越高，器件的热吸收损耗越大，孤子可存在范围越窄 —— 当铜浓度达到约 1380 ppba 时，孤子阶跃长度会缩减 38 倍，无法通过常规调谐方式获得稳定孤子状态。
图1：硅晶圆中的铜深度分布曲线
针对这一问题，团队开发了两种高效铜去除技术：一是采用牺牲性氮化硅吸除层，在高温退火中捕获铜杂质后剥离去除；二是集成氮化硅扩散屏障，阻止铜杂质向波导芯层扩散。两种方法均与商业代工厂工艺完全兼容，可直接融入标准生产流程。经二次离子质谱分析验证，处理后的氮化硅波导铜浓度低于检测极限，传输损耗显著降低，热吸收效应大幅减弱。
基于无铜光子集成电路，团队实现了里程碑式的突破：在 40、50、100、200 GHz等多种自由光谱范围的微谐振器中，均达成 100% 的孤子产生产率。无需复杂的辅助激光、主动反馈或脉冲泵浦技术，仅通过简单压电调谐或慢速激光扫描，就能稳定获取单孤子状态，反向调谐还可实现孤子数量的确定性切换。这一成果大幅简化了孤子微梳的产生装置，降低了技术应用门槛。
该研究不仅解决了困扰微梳技术多年的实用化瓶颈，更为集成光子学领域的低损耗器件研发提供了新方向。未来，无铜氮化硅光子集成电路将推动微梳技术在光通信、传感、量子计算等领域的规模化部署，助力相关行业实现性能升级与成本优化。研究团队表示，相关技术已具备工业化应用条件，有望快速转化为实际生产力。
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Deeplight SA是一家瑞士初创公司，成立于2021年6月，专注于开发具有超低噪声和高频灵活性的光子集成电路（PICs）。他们的主要产品是一款连续波激光器，适用于多种应用，包括科学研究、工业用途和消费市场。该公司总部位于瑞士洛桑，因其在光子学领域的创新性贡献而获得认可。
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