铌酸锂光子集成 氮化镓光子集成等光芯片关键技术 放大 突破光芯片关键技术 掌握光信号调制 处理等核心工艺 探测 重点攻克硅基光子集成

为加快推动山东省低空经济发展，10月20日，山东高速城乡发展集团拟依托运营管理的7059公里高速公路路网、配套服务区等，搭建城际、城区、乡镇间的低空交通线。

飞行器需求

预估需要续航长、载重大的干线飞行器需求不低于2千架，载重小的支线飞行器需求不低于2万架。

政策推动

工业和信息化部表示，要支持空域资源较好、应用场景丰富的优势地区先行先试，打造低空多场景的应用示范体系。

平安证券表示，当前政策推动低空经济进入快速发展期。在国家高度重视和地方积极布局的背景下，我国低空经济未来发展空间巨大。

中信证券指出，低空经济的发展进入政策密集出台期，行业发展有望加速，这将大幅增强我国在低空经济领域的核心竞争力，有望率先形成完整的低空发展体系，达到全球领先。

投资建议

应积极关注政策对低空经济的支持力度及资金、项目落地情况，从区域上建议积极关注低空经济发展靠前的广深、江苏、合肥等地区，从产业链上建议关注三条主线：

1. eVTOL制造商
2. 基础设施及运营商
3. 产业链关键零部件厂商

概念股

相关概念股包括：光智科技、苏交科、龙蟠科技、南都电源等。

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异质集成的铌酸锂-氮化硅光子平台

本文介绍了一种异构集成的铌酸锂-氮化硅光子平台，旨在解决集成铌酸锂光子学中的关键问题。 平台采用了薄膜铌酸锂与氮化硅光子集成电路的晶圆级键合技术，保持了氮化硅波导的低传播损耗和高效的光纤到芯片耦合。 通过这种方式，平台提供了一个可靠的解决方案，用于在无源氮化硅电路和电光组件之间实现链路插入损耗低于0.1 dB，同时为复杂铌酸锂集成光子电路提供了可扩展和可制造的途径。 现代社会对光通信带宽的需求持续增长，推动了光调制器的发展。 铌酸锂因其物理性能和商业可用性，成为集成光子学中的重要材料。 薄膜铌酸锂晶圆级转移技术的进步，结合蚀刻技术的改进，使得低损耗集成铌酸锂光子电路成为可能。 这推动了多个关键应用的实现，包括超高 Q 光学微谐振器、高效电光频率梳生成器、频率转换器和不可逆器件。 尽管取得许多进展，LiNbO3集成光子学的广泛应用仍面临挑战。 包括蚀刻掩模选择性不足导致的浅脊波导形成、光纤和芯片之间耦合损耗高、谐振质量因数记录值在特定光学谐振中实现，而在其他工作中损耗通常较高。 解决这些问题需要精确和成熟的光刻工艺实现晶圆上一致的低损耗以及高效耦合。 异构集成LiNbO3-Si3N4光子平台通过将薄膜LiNbO3晶圆直接键合到图案化和平坦化的超低损耗Si3N4基板上，解决了上述问题。 这种方法提供了晶圆级键合的优势，包括晶圆吞吐量的增加和适用于大晶圆尺寸的处理。 与标准制造技术兼容，如用于绝热转换制造和金属剥离的深紫外光刻，使得LiNbO3与成熟的光子平台异构集成成为可能。 本文提出的混合方法结合了Si3N4集成光子学的成熟度与LiNbO3的泡克尔斯效应，实现低传播损耗，并为铌酸锂集成光子电路提供了有吸引力且成本效益高的途径。

填补集成光子芯片低噪声光放大技术空白，片上输出光功率超140mW

“我们首次在基于集成光子芯片的掺铒波导放大器中，实现超过 145 毫瓦（>145mW）的片上连续光输出功率，比已报道的器件提高两个数量级。 并在几平方毫米的芯片面积上，实现了超过 30 分贝的片上连续光增益，这相当于将输入信号放大 1000 倍，也能满足光通信在 C 波段以及部分 L 波段的应用需求。 ”瑞士洛桑联邦理工（EPFL，École Polytechnique Fédérale de Lausanne）物理系教授托拜厄斯·J· 基彭伯格（Tobias J. Kippenberg）团队表示。

他们谈论的这一成果，正是近期发表在Science的一篇论文[1]。 研究中，该团队在最长达 0.5 米的超低损耗氮化硅集成光波导中，使用了高能铒离子注入的方法进行掺杂。 这种稀土离子注入技术在 1991 年由当时在美国贝尔实验室的阿尔贝托·波尔曼（Alberto Polman）教授（现任职于荷兰原子分子国立研究所）在薄膜材料中验证。 该团队在保证离子掺杂均匀性的同时实现了高达 0.3% 原子掺杂浓度，铒离子分布与光模场重叠因子高达 50%，相比于其他稀土离子掺杂方式具有明显的优势。

高温退火之后，离子注入后的波导仍然保持了小于 5 分贝每米的超低背景光损耗，相当于在 1 米长的光波导中光信号背景损耗小于 50%。 课题组使用波长在 1480 纳米的泵浦光（约 245 毫瓦），实现了接近 60% 的最大片上光功率转换效率。

相关器件的放大性能，不仅能与最先进的硅基异质集成半导体光放大器的增益性能相媲美，还达到了一些部分商用掺铒光纤放大器的水平。 此外，他们还展示了选择性离子注入技术，证明了任意定义芯片上铒掺杂区域的可行性，借此制备出在同一个集成光子芯片上同时实现光增益单元与低损耗的无源功能器件，为实现大规模复杂的单片集成有源光子芯片提供了技术基础。

在应用上，其最直接的一个应用前景是实现尺寸极紧凑的高性能波导光放大器，在对器件体积和重量敏感的部分应用场景中取代台式光纤放大器，比如在数据中心，移动设备，和机载、星载设备中。

进一步的，该器件可以与其他片上光子功能器件集成在同一个光子芯片上，实现更复杂的、集成度更高的功能器件和系统，比如低噪声激光器、波长可调激光器、光子雷达引擎等，以满足光通信、集成微波光子学、量子信息存储等重要领域的研究和应用需求。

其中，该团队的博士后刘阳博士、博士生邱哲儒、博士生纪歆茹是论文主要作者；两位 EPFL 前同事——目前就职于南京航空航天大学的何吉骏博士、和就职于深圳国际量子研究院刘骏秋博士，也参与了该工作。

论文题为《基于光子集成电路的掺铒放大器》（A photonic integrated circuit–based erbium-doped amplifier），发表之后还得到了Science的亮点报道[2]。

亟待解决的难题：在集成光子芯片中实现高性能、低串扰的光信号放大

据介绍，作为一个可将微弱的光信号直接进行光放大的器件，掺铒光纤放大器被广泛用于长距离光纤通信网路和各种光纤激光中。 掺铒光纤放大器的实现，是通过在光纤纤芯中注入了铒（Er）离子这种稀土元素，使得在泵浦光源的激励下，可直接对通信波段的光信号进行放大。

近二十年来，集成光子芯片技术得到了迅速发展，也极大降低了光子信号处理器件的尺寸和功耗。 然而，一直以来在集成光子芯片中实现高性能、低串扰的光信号放大，是一个亟待解决的难题。

而本次团队将高浓度稀土铒离子直接注入到集成光子芯片中，实现了集成光波导放大器，首次达到了与商用光纤放大器相当的性能， 解决了实现集成高功率光放大器、低噪声激光器、高脉冲功率锁模激光器等重要光子器件的关键难题。

其研究背景要从 20 世纪 80 年代说起。 当时，国际著名光子学专家、英国南安普顿大学光电子中心的佩恩爵士（Sir D. N. Payne），以及美国贝尔实验室的物理学家埃曼努尔·杜苏庇尔（Emmanuel Desurvire）等研究人员发明了掺铒光纤放大器，它的诞生是光纤通信技术的革命性突破。

而华裔物理学家、诺贝尔物理学奖得主高锟发明的光纤，奠定了光通信的基础。 但是，只有在光纤放大器取代了传统的、性能受限的电中继器之后，光通信技术才得到了飞速发展，人们才能通过遍布全球的长距离、跨洋光纤通信网络与世界各地通信交流。

稀土离子比如铒、镱、铥等具有独特的 4f 壳层电子结构，这让它们在宿主材料中有长达几个毫秒的激发态寿命，有利于实现粒子数反转从而能放大光信号。 同时，毫秒级的长激发态寿命能大大减低不同波段光信号之间的串扰，从而能在一个放大器中对处于多个波长的光信号进行放大，进而极大地增加信道容量。

如今，商用光纤放大器的噪声系数，已能非常接近于量子力学决定的非相敏光放大的极限噪声性能（3分贝）。 凭借这些特性，基于稀土离子掺杂的光纤放大器，成为了光通信技术中的理想增益介质。

此外，光纤放大器几乎在所有光纤激光器应用中都发挥着至关重要的作用，例如光纤传感、频率计量、激光雷达、激光加工等应用。 在目前世界上最精确的原子钟里，光学频率梳是用于将光学频率转换为射频频率的关键组件，其中也运用了基于稀土离子掺杂的光纤放大器。

正因为基于稀土离子的光纤放大器的性能优势和在应用上的巨大成功，在集成光子芯片上实现基于稀土离子的波导放大器，很自然地成为了一个重要研究目标，这将对于集成光子学的发展具有相当重要的意义， 能填补集成光子芯片上低噪声光放大技术的空白。

在过去 30 年里，全球许多团队都对稀土离子掺杂的波导放大器的研发做出了尝试。 例如，在 20 世纪 90 年代，美国贝尔实验室展开了关于掺铒波导放大器的开创性研究，但由于当时采用的基于低折射率的玻璃的波导器件受体积大、损耗高，无法与现代集成光子芯片微纳加工工艺兼容等限制，相关研究逐渐相继停滞。

近十年来，集成光子学的快速发展和器件加工工艺的不断提升，对在主流集成光子材料平台上实现掺铒波导放大器，研究人员重新产生了浓厚兴趣，此前已有团队制备出掺铒氧化铝和掺铒锂酸铌放大器等。

然而，已报道的基于集成光子波导放大器的输出功率远低于 1 毫瓦（

介绍一下光电子材料在中国的发展

光电子材料optoelectronic material 在光电子技术领域应用的，以光子、电子为载体，处理、存储和传递信息的材料。 光电子技术是结合光学和电子学技术而发展起来的一门新技术，主要应用于信息领域，也用于能源和国防领域。 已使用的光电子材料主要分为光学功能材料、激光材料、发光材料、光电信息传输材料（主要是光导纤维）、光电存储材料、光电转换材料、光电显示材料（如电致发光材料和液晶显示材料）和光电集成材料。 （一）新型光电子材料及相关基础材料、关键设备和特种光电子器件1、光电子基础材料、生长源和关键设备研究目标：突破新型生长源关键制备技术，掌握相关的检测技术；突破半导体光电子器件的基础材料制备技术，实现产业化。 研究内容及主要指标：1) 高纯四氯化硅(4N)的纯化技术和规模化生产技术(B类，要求企业负责并有配套投入)2) 高纯(6N)三甲基铟规模化生产技术(B类，要求企业负责并有配套投入)3) 可协变(Compliant)衬底关键技术(A类)4) 衬底材料制备与加工技术(B类)重点研究开发外延用蓝宝石、GaN、SiC等衬底材料的高标抛光产业化技术（Epi-ready级）；大尺寸（>2）蓝宝石衬底材料制备技术和产业化关键技术。 蓝宝石基GaN器件芯片切割技术。 5) 用于平板显示的光电子基础材料与关键设备技术(A类)大面积(对角线>14〃)的定向排列碳纳米管或纳米棒薄膜生长的关键技术; 等离子体平板显示用的新型高效荧光粉的关键技术。 2、人工晶体和全固态激光器技术研究目标：研究探索新型人工晶体材料与应用技术，突破人工晶体的产业化关键技术，研制大功率全固态激光器，解决产业化关键技术问题。 研究内容及主要指标：1) 新型深紫外非线性光学晶体材料和全固态激光器(A类);2) 面向光子/声子应用的人工微结构晶体材料与器件 (A类);3) 研究开发瓦级红、蓝全固态激光器产业化技术(B类)，高损伤阈值光学镀膜关键技术(B类)，基于全固态激光器的全色显示技术(A类);4) 研究开发大功率半导体激光器阵列光纤耦合模块产业化技术(B类);5)Yb系列激光晶体技术(A类)。 3、新型半导体材料与光电子器件技术研究目标：重点研究自组装半导体量子点、ZnO晶体和低维量子结构、窄禁带氮化物等新型半导体材料及光电子器件技术。 研究内容及主要指标：1) 研究ZnO晶体、低维量子结构材料技术，研制短波长光电子器件 (A类)2) 自组装量子点激光器技术 (A类)3) Ⅲ-Ⅴ族窄禁带氮化物材料及器件技术(A类)4) 光泵浦外腔式面发射半导体激光器(A类)4、 光电子材料与器件产业化质量控制技术(A类)研究目标：发展人工晶体与全固态激光器、GaN基材料及器件表征评价技术，解决产业化质量控制关键技术。 研究内容：重点研究人工晶体与全固态激光器、GaN基材料及器件质量监测新方法与新技术，相关产品测试条件与数据标准化研究。 5、光电子材料与器件的微观结构设计与性能预测研究(A类)研究目标：提出光电子新材料、新器件的构思，为原始创新提供理论概念与设计研究内容：针对光电子技术的发展需求，结合本主题的研制任务，采用建立分析模型、进行计算机模拟，在不同尺度（从原子、分子到纳米、介观及宏观）范围内，阐明材料性能与微观结构的关系，以利性能、结构及工艺的优化。 解释材料制备实验中的新现象和问题，预测新结构、新性能，预报新效应，以利材料研制的创新。 低维量子结构材料新型表征评价技术和设备。 （二）通信用光电子材料、器件与集成技术 1、集成光电子芯片和模块技术研究目标：突破并掌握用于光电集成(OEIC)、光子集成(PIC)与微光电机械(MOEMS)方面的材料和芯片的关键工艺技术，以典型器件的研制带动研究开发工艺平台的建设和完善，探索集成光电子系统设计和工艺制造协调发展的途径，促进芯片、模块和组件的产业化。 研究内容及主要指标：1) 光电集成芯片技术 (1)速率在2.5Gb/s以上的长波长单片集成光发射机芯片及模块关键技术(A类) (2) 高速 Si基单片集成光接收机芯片及模块关键技术(A类)2) 基于平面集成光波导技术的OADM芯片及模块关键技术(A类)3) 平面光波导器件的自动化耦合封装关键技术(B类)4) 基于微光电机械(MOEMS)芯片技术的8′8以上阵列光开关关键技术(A类)5) 光电子芯片与集成系统(Integrated System)的无生产线设计技术研究(A类)2、 通信光电子关键器件技术研究目标：针对干线高速通信系统和密集波分复用系统、全光网络以及光接入网系统的需要，重点进行一批技术含量高、市场前景广阔的目标产品和单元技术的研究开发，迅速促进相应产品系列的形成和规模化生产，显著提高我国通信光电子关键器件产业的综合竞争能力。 研究内容及主要指标：(1) 速率在10Gb/s以上的高速光探测器组件(PIN-TIA) 目标产品和规模化生产技术，直接调制DFB-LD目标产品和规模化生产技术，光转发器(Transponder)目标产品和规模化生产技术；(均为B类，要求企业负责并有配套投入)(2) 40通道、0.8nm间隔EDFA动态增益均衡关键技术(A类)；(3) InGaNAs高性能激光器研究(A类)；(4) 光波长变换器关键技术和目标产品(B类)；(5) 可调谐激光器目标产品(A类)；(6) 用于无源光网络(EPON)的突发式光收发模块关键技术和目标产品(B类)。 3、光纤制造新技术及新型光纤研究目标：研究开发并掌握具有自主知识产权的光纤预制棒制造技术；研究开发新一代通信光纤，推动光纤通信系统在高速、大容量骨干网以及接入网中的应用。 研究内容和主要指标：1) 光纤预制棒制造新技术(B类，要求企业负责并有配套投入)；2) 新型特种光纤(A类)。 （三）面向信息获取、处理、利用的光电子材料与器件1．GaN材料和器件技术研究目标：重点突破用于蓝光激光器衬底的GaN体单晶生长技术。 研究内容及主要指标：大面积、高质量GaN体单晶生长技术。 2、超高亮度全色显示材料与器件应用技术研究目标：研究开发用于场致电子发射平板显示器（FED）材料和器件结构，以及超高亮度冷阴极发光管制作和应用的关键技术。 说明：等离子体平板显示器和高亮度、长寿命有机发光器件（OLED）和FED的产业化关键技术将于平板显示专项中考虑。 研究内容及主要指标：1) 超高亮度冷阴极发光管制作和应用的关键技术(A类); 2) 研制FED用的、能够在低电压下工作的新型冷阴极电子源结构、新型冷阴极电子发射材料(A类)。 3、超高密度光存储材料与器件技术研究目标：发展具有自主知识产权的超高密度、大容量、高速度光存储材料和技术，达到国际先进水平，为发展超高密度光存储产业打下基础。 研究内容及主要指标： 1) DVD光头用光源和非球面透镜等产业化关键技术(B类)；2) 新型近场光存储材料和器件(A类)。 4、光传感材料与器件技术研究目标：以特殊环境应用为目的，实现传感元器件的产业化技术开发；研究开发新型光电传感器。 研究内容及主要指标：1) 光纤光栅温度、压力、振动传感器的产业化技术(B类，要求企业负责并有配套投入);2) 锑化物半导体材料及室温无制冷红外焦平面探测器技术(A类); 3) 大气监测用高灵敏红外探测器及其列阵(A类) ;4) 基于新概念、新原理的光电探测技术(A类);5、新型有机光电子材料及器件研究目标：研究开发新型有机半导体材料及其在光显示等领域的应用。 研究内容及主要指标：：1) 有机非线性光学材料及其在全光光开关中的应用(A类); 2) 有机半导体薄膜晶体管材料与器件技术(A类)。

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