突破光损耗瓶颈：美国科研团队研发超高Q值微谐振器，助力光子技术升级

   微谐振器的损耗机制研究的突破，有望大幅提升相关设备性能。高性能微谐振器能够强化光与物质的非线性相互作用，进而推动光学通信、传感技术、集成光子学及量子应用等多个领域的发展。尤其对于光集成芯片（PIC）而言，其在工作过程中易受多种损耗机制影响，因此微谐振器的性能优劣，直接决定了光集成芯片的核心竞争力。
    近日，美国科罗拉多大学博尔德分校（CUBoulder）的研究团队成功研制出一款超高Q值微谐振器，该器件采用赛跑场式设计，核心目标是打造低损耗谐振结构，以更少的光学功率实现对光的捕获与放大，破解传统微谐振器损耗过高的行业痛点。这款集成光学波导微谐振器体积微小，厚度仅为人头发丝的十分之一。（图片由科罗拉多大学博尔德分校工程与应用科学学院提供）

    为了攻克损耗难题，研究团队从结构设计上双管齐下。一方面，创新性地在赛跑场谐振器中融入欧拉曲线设计——这种广泛应用于公路、铁路领域的光滑曲线，能避免谐振器内光线发生急剧弯折，减少光在传播中的“逃逸”损耗；另一方面，团队深入研究赛纳特几何形状，进一步降低直曲波导接头及波导曲线处的损耗，实现光在谐振腔内的平滑引导，让光子停留时间更长、相互作用更强烈。
    材料选择与制造技术，是这款微谐振器实现高性能的另一关键。团队选用硫族玻璃这一半导体玻璃材料，尽管其加工难度较大，但能允许高强度光线通过，是光子非线性器件的理想选择。“硫族玻璃操作难度高，但应用价值极高，”朱丽叶·戈皮纳特教授表示，研究证实该材料可打造超低损耗平台，性能堪比当前顶尖技术。而器件的精准加工，则依赖于COSINC洁净室的电子束光刻系统，其亚纳米级分辨率突破了传统光刻技术的局限。

    研究团队通过光耦合技术对微谐振器进行性能验证，重点观察传输数据中的“凹陷”现象——这是光子被捕获并产生共振的标志。“理想的谐振形状应深而窄，像针穿透信号背景，”研究员詹姆斯·埃里克森说，当观察到尖锐的谐振信号时，便确认攻克了核心难题。
    实验数据显示，该谐振器波导传播损耗仅每米8.5dB，本征品质因子达4.5×10⁶，非线性指数为每瓦每平方米1.28×10⁻¹⁸，波导截面小于1μm²，各项性能指标表现优异。
    埃里克森补充，器件的稳定性能离不开对光吸收、光传输规律及热效应的精准把控，激光功率带来的热量可能改变器件特性、造成损坏。
    这款微谐振器的突破，未来应用前景广阔，可适配紧凑型微激光器、先进化学与生物传感器，以及量子计量、量子网络等领域，成为连接各类光子组件的关键纽带。研究团队表示，最终目标是打造可批量生产、交付制造商规模化应用的成熟器件。

    目前，该研究成果已正式发表于《应用物理快报》，为低损耗微谐振器的研发与应用提供了重要技术参考，也为光子集成技术的升级注入了新动力。