硅集成磁光非互易光学器件技术

刘书缘/LIU Shuyuan

邓龙江/DENG Longjiang

毕磊/BI Lei

（电子科技大学，中国成都611054）

非互易光学器件包括光隔离器、光环行器等，是光学系统中不可或缺的核心器件。以光隔离器为例，非互易光学器件的主要作用是实现光的单向通过。该器件可阻止远端反射光进入激光器谐振腔或放大器，以避免由反射光造成的相对强度噪声（RIN）和相位噪声。这对确保光学系统的稳定工作具有非常重要的意义。在中国，光隔离器的需求量每年高达数千万甚至上亿只。光隔离器不仅被广泛应用于骨干网、城域网、接入网等光纤通信系统中，还被大量用于光互连模块等数据通信系统中，具有不可替代的作用。

目前，商用的非互易光学器件主要是基于磁光材料[稀土掺杂钇铁石榴石（RIG）]的法拉第旋光效应制备的，如图1所示[1]。其工作原理是：利用光在磁性介质中的法拉第旋光效应，先使正向传播的线偏振激光偏振方向旋转45°，然后再通过检偏器；由于法拉第旋光效应的光学非互易性，反射光的偏振状态不会回到入射光的偏振方向，而会继续旋转45°与起偏器偏振方向正交，从而实现消光。这一器件的核心材料是实现法拉第旋光的磁光晶体厚膜RIG。这一材料主要采用液相外延方法在钆镓石榴石（GGG）基片上生长。由于实现45°旋光需要生长数百微米厚的RIG薄膜材料，工艺难度和材料成本都很高，且目前只有美国（II-VI）和日本（Granopt/信越）的少数公司掌握这种技术，这导致中国相关材料和元器件长期依赖美、日进口，已成为光电子领域的一个“卡脖子”问题。……