导读

近期，深圳技术大学董波教授联合香港理工大学余长源教授团队在Light: Advanced Manufacturing上发表了题为 “Two-Photon Micro-Printed Ag2Te QD–Polymer Hybrid Photonic Platform on Fibre End for Transformative 2D Thermo-Optic Modulation” 的研究论文。

该研究提出了一种突破性的新型二维热光调控平台，利用先进的双光子聚合微打印技术，在光纤端面上精确制造了基于量子点薄膜的聚合物微环谐振器的混合波导结构，实现了传统方法无法企及的片上集成度和复杂的三维几何形状。这一创新性平台的设计结合了光学微环谐振效应、热光效应与量子点的局域表面等离子体共振效应，使得该平台在光调控性能上实现了前所未有的提升。该研究通过创新的二维热光调控平台，显著提升了微环谐振器的调控性能，尤其在灵敏度和调控速度上实现了大幅度的提高。与传统聚合物微环谐振器相比，这一新平台在调控效能和响应速度方面都取得了突破性进展。此项研究突破了传统热光调控技术的性能瓶颈，为光子集成电路中的高效调控提供了全新的解决方案，具有广泛的应用潜力，特别是在高速光通信、传感器和动态光学系统等领域。

随着现代科技的飞速发展，光子集成电路已成为光通信、量子计算、传感器和信息处理等领域的关键技术。特别是在高速光通信和智能化网络系统中，光子集成电路以其高带宽、低功耗和小型化的优势，成为推动技术革新的核心力量。随着集成度和应用需求的不断提升，如何在集成光子电路中实现更高效、更灵活的调控，成为当前研究的重点方向。

热光调控技术利用材料的折射率随着温度变化的特性，通过调节温度来实现对光信号的调控。这种技术具有低插损、易于集成的优点，广泛应用于微环谐振器等器件中。然而，传统的热光调控方法主要依赖于一维调控，通常是通过加热光波导或基板来实现光的调节。这种一维调控方式在加热效率、调控速度和应对环境变化的能力上存在一定的局限，难以满足高速和高精度调控的需求，尤其在高频和复杂光学系统中，表现出一定的瓶颈

量子点作为一种新型的纳米材料，因其独特的光学和电子特性而在光子集成技术中引起了广泛关注。量子点具有可调的光谱特性、强光吸收能力和局域表面等离子共振效应，能够显著增强光与材料的相互作用，提升光调控性能。特别是在热光调控领域，量子点材料通过其优异的光热转换效率，能够有效提高调控效率、加速响应速度，为实现多维度、高效能的热光调控提供了新的可能性。

图1：基于量子点涂覆的微环谐振器的二维调控原理图

图源：深圳技术大学

研究团队采用双光子聚合微打印技术，在光纤端面成功构建了聚合物微环谐振器。该方法能够高精度地制备微环结构，确保了设备的结构完整性和光学性能。图2展示了微环谐振器的制备过程以及扫描电镜表征结果，显示了未涂覆量子点时的微环谐振器结构。这一精密制造工艺为后续量子点涂层的均匀涂覆和集成提供了坚实基础。

图2：光纤端面聚合物微环谐振腔的制备与表征图

为了提升微环谐振器的调控性能，研究团队设计并搭建了一个二维热光调控系统。该系统通过同时在两个方向上进行热调节，有效提高了调控灵敏度和响应速度。图3展示了实验系统的整体光路布局和二维调控的耦合示意图，突出显示了光纤镜头和微环谐振器的精密对接。这一创新的二维调控策略突破了传统一维调控的局限，为高效的光调控提供了全新的技术解决方案。

图3：二维泵浦调控光路示意图

图4展示了一维与二维调控下的实验数据，包括反射谱和动态调制响应。通过对比裸微环与涂覆量子点微环的反射谱，研究团队验证了Ag2Te量子点涂层在提升光调控性能方面的作用，实验结果显示，二维调控相比一维调控在反射谱调控灵敏度上提升了19.77倍。此外，动态调制结果显示，二维调控相比一维调控在调控响应时间和能量损耗方面表现出了显著优势，响应时间从一维的356 μs提升至二维的340μs，而能量损耗减少了约42%。这些实验数据表明，结合Ag2Te量子点的二维热光调控系统能够显著提高微环谐振器的调控效率和响应速度，推动了光子集成电路中热光调控技术的进一步发展。

图4：微环谐振器的二维调静态调控和动态调控实验图

总结与展望

该研究从二维热光调控光子平台的设计入手，推动了微环谐振器调控技术的进一步发展，并实现了光调控效率和响应速度的显著提升。通过引入二个维度同时调控的设计，突破了传统热光调控在维度上的局限，使系统在能量损耗和高灵敏度应用中表现出色。此外，微环谐振器与量子点薄膜材料的结合进一步增强了系统的整体性能，为光子集成电路技术注入了创新活力。展望未来，基于二维热光调控平台的技术将有望在光通信、量子传感等领域得到广泛应用，并为科技进步带来更多突破。（来源：先进制造微信公众号）

相关论文信息：https://doi.org/10.37188/lam.2026.046