近日，北京大學電子學院區域光纖通信網與新型光通信系統國家重點實驗室、北京大學納光電子前沿科學中心的常林研究員及合作者受邀在知名學術期刊Science上發表題為 "Lithium niobate photonics: Unlocking the electromagnetic spectrum" 的綜述文章，系統回顧了铌酸锂（LiNbO3，或 LN）作為産生和控制不同波段電磁波材料的發展曆史，并對铌酸锂未來的應用前景做出展望。
據北大電子學院官網介紹，常林，2021 年入職北京大學，電子學院研究員、助理教授、博雅青年學者，長期從事集成光學的研究，在半導體激光器、矽基光電子、集成量子光學方面都做出了重要成果，在過去的一年裡，以第一、通訊作者發表 Nature、Science 正刊 3 篇，子刊 5 篇。
铌酸锂是一種關鍵的光子材料。由于其材料本身的大電光、壓電和非線性效應的特性，以及具有商業上普遍供應的光學質量晶圓的優勢，非常适合被用于産生和控制各種頻段的電磁波。幾十年來，共出現了三種 LN 光子平台，分别為塊狀晶體、弱約束波導和緊密約束波導，其演變過程見圖 1。
圖 1 铌酸锂所為光子材料的發展時間線
LN 的材料特性使之能産生和處理從紫外線頻段到微波頻段的電磁頻率，範圍涵蓋了近五個數量級。在可見和紫外光頻段，材料損耗非常低，産生方法是利用非線性效應，應用場景有視覺應用和原子躍遷探測；在近紅外頻段，由于低傳輸損耗有廣泛的應用，例如光通信、微波光子學、量子光學和光探測等，産生近紅外頻率電磁波的方法也很多樣，例如拉曼激光、DFG、基于克爾效應的超連續譜産生、電光梳等；在中紅外頻段，可以用于空氣質量監測等場景，這一頻段的光可以通過超連續譜産生和克爾效應得到；太赫茲頻段可以穿透紙張、塑料和織物，因此被用于傳感和安全成像，窄帶、高強度的太赫茲電磁波可以通過 LN 晶體中的光學整流生成；微波頻率被用于 5G 和 6G 通信、雷達和射電天文學等領域，這一頻段可以利用 LN 的聲光、電光效應，将微波頻率轉換到光載波上。
圖 2 LN 光子學應用場景的展望
文章對 LN 上光子學的發展進行了展望。LN 波導平台将在複雜性和光譜寬度兩個方面加速發展，從長遠來看，基于大規模加工工藝、多種材料異質集成和電子電路共同封裝，薄膜 LN 平台将有望實現大規模光學網絡，從根本上産生應用創新，例如光量子計算芯片、全集成激光雷達和光神經網絡等。
文章信息
墨爾本皇家理工大學工程學院綜合光子學和應用中心、澳大利亞阿德萊德大學光子學和先進傳感研究所、澳大利亞阿德萊德大學電氣和電子工程學院的 Andreas Boes，北京大學電子學院區域光纖通信網與新型光通信系統國家重點實驗室、北京大學納光電子前沿科學中心研究員常林為該論文的共同第一作者和通訊作者。來自斯坦福大學，哈佛大學，加州大學聖芭芭拉分校的該領域的權威專家共同完成了文章的撰寫。
本系列研究得到科技部重點研發計劃與北京市自然科學基金重點項目的支持。
作者信息
常林，電子學院研究員、助理教授、博雅青年學者，長期從事集成光學的研究，在半導體激光器、矽基光電子、集成量子光學方面都做出了重要成果，在過去的一年裡，以第一、通訊作者發表 Nature、Science 正刊 3 篇，子刊 5 篇。
教育背景：
2013-2015 加州大學聖塔芭芭拉分校碩士
2013-2019 加州大學聖塔芭芭拉分校博士
工作履曆 / 科研教育經曆：
2019-2021 加州大學聖塔芭芭拉分校博士後
2021- 至今北京大學研究員、助理教授
代表性學術論著：
Boqiang Shen#,Lin Chang#*,Junqiu Liu#, Heming Wang#, Qi-Fan Yang#, Chao Xiang, Rui Ning Wang, Jijun He, Tianyi Liu, Weiqiang Xie, Joel Guo, Dave Kinghorn, Lue Wu, Qing-Xin Ji, Tobias J Kippenberg*, Kerry Vahala*, John E Bowers,"Integrated turnkey soliton microcombs",Nature,Volume 582, Issue 7812, ( 2020 ) ( 2020 世界基礎科學十大進展 )
Lin Chang*,Songtao Liu, John E Bowers*,"Integrated optical frequency combs",Nature Photonics,Volume 16, Issue 2, ( 2022 ) ( 集成光頻梳總路線圖 )
Warren Jin#,Qi-Fan Yang#,Lin Chang#,Boqiang Shen#, Heming Wang#, Mark A. Leal, Lue Wu, Maodong Gao, Avi Feshali, Mario Paniccia, Kerry Vahala*, John E Bowers*,"Hertz-linewidth semiconductor lasers using CMOS-ready ultra-high-Q microresonators",Nature Photonics,Volume 15, Issue 5, ( 2021 )
Lin Chang#,Weiqiang Xie#*, Haowen Shu#, Qi-Fan Yang, Boqiang Shen, Andreas Boes, Jon D Peters, Warren Jin, Chao Xiang, Songtao Liu, Gregory Moille, Su-Peng Yu, Xingjun Wang, Kartik Srinivasan, Scott B Papp, Kerry Vahala, John E Bowers*,"Ultra-efficient frequency comb generation in AlGaAs-on-insulator microresonators",Nature communications, Volume 11, Issue 1131,Pages 1-8, ( 2020 )
Chao Xiang, Junqiu Liu, Joel Guo,Lin Chang, Rui Ning Wang, Wenle Weng, Jonathan Peters, Weiqiang Xie, Zeyu Zhang, Johann Riemensberger, Jennifer Selvidge, Tobias J Kippenberg, John E Bowers, "Laser soliton microcombs on silicon",Science,Volume 373, Issue 6550 ( 2021 )
Daryl T Spencer, Tara Drake, Travis C Briles, Jordan Stone, Laura C Sinclair, Connor Fredrick, Qing Li, Daron Westly, B Robert Ilic, Aaron Bluestone, Nicolas Volet, Tin Komljenovic,Lin Chang, Seung Hoon Lee, Dong Yoon Oh, Myoung-Gyun Suh, Ki Youl Yang, Martin HP Pfeiffer, Tobias J Kippenberg, Erik Norberg, Luke Theogarajan, Kerry Vahala, Nathan R Newbury, Kartik Srinivasan, John E Bowers, Scott A Diddams, Scott B Papp,"An optical frequency synthesizer using integrated photonics",Nature, Volume 557, Issue 7703, Pages 81-85, ( 2018 )
主要科研項目：
科技部重點研發計劃項目首席科學家
參考信息：
1、https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj4396
2、https://ele.pku.edu.cn/info/1121/1893.htm
3、https://ele.pku.edu.cn/info/1012/2357.htm
本文來源：北京大學
