Science评述：「铌酸锂」，如何用于量子光学？

导言：铌酸锂的光电和非线性光学特性使其成为光学和通信技术应用的主要材料。铌酸锂能够跨越从无线电到光学波长的整个光谱范围，说明了铌酸锂作为集成光子学平台材料的通用性。

电磁(EM)波以深刻的方式支撑着现代社会。它们被用来携带信息，使广播和电视、移动通信以及通过Wi-Fi无处不在的数据网络接入成为可能，并通过光纤形成我们现代宽带互联网的骨干。

在基础物理学中，电磁波作为一种宝贵的工具来探测从宇宙到原子尺度的物体。例如，激光干涉仪引力波天文台和原子钟是世界上最精确的人造仪器，它们依靠电磁波达到前所未有的精度。

这促使我们进行了几十年的研究，在广泛的光谱范围内开发相干的电磁源，并取得了令人印象深刻的结果：几十千兆赫的频率（无线电和微波系统）可以很容易地由电子振荡器产生。共振隧道二极管能够产生毫米（mm）和太赫兹（THz）波，其范围从几十千兆赫到几个太赫兹。在更高的频率下，最高达千万赫兹级别，通常被定义为光学频率，相干波可以由固态和气体激光器产生。然而，这些方法经常受到狭窄的光谱带宽的影响，因为它们通常依赖于特定材料的明确定义的能量状态，这导至了相当有限的光谱覆盖。

为了克服这一限制，非线性频率混合策略已经被开发出来。铌酸锂，一种在1949年首次生长的晶体，由于其有利的材料特性，是一种特别有吸引力的频率混合光子材料。几十年来，块状铌酸锂晶体和弱约束波导已被用于访问电磁波谱的不同部分，从千兆赫兹到千万赫兹的频率。现在，由于薄膜铌酸锂(TFLN)的商业供应，这种材料正经历着新的兴趣。这种集成的光子材料平台能够实现紧密的模式约束，从而使频率混合效率提高几个数量级，同时通过使用色散工程等方法为光学特性工程提供额外的自由度。重要的是，TFLN的大折射率对比度首次使得基于铌酸锂的光子集成电路能够在晶圆上实现。