原文来源：伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校格兰杰工程学院（University of Illinois Grainger College of Engineering），原文编辑：Sadie Harley，审校：Robert Egan；太赫兹研发网 杨平 编译

电光隔离器的设计与实现。图片来源：《自然・通讯》（2026），DOI：10.1038/s41467-026-75451-5

    集成光子器件是依托光而非电子传输信号的微型电路，是规模化光子技术与高带宽通信的核心基础器件，应用价值日益凸显。这类器件可实现数据中心内部低功耗光基数据传输，是支撑人工智能、云计算与高性能信号处理业务的关键核心

    该研究领域长期面临一项核心技术难题：如何实现光子电路内的单向光传输。光的单向传输特性，能够有效提升器件对工艺缺陷的容错能力、保护激光光源，大幅提升光学系统的信号稳定性。

    来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格兰杰工程学院的科研团队，成功研发出一款光子集成电路，可作为线性光学隔离器使用。该器件能够以极低损耗实现光信号正向传输，同时几乎完全阻断反向传输的光束。相关研究成果发表于《自然・通讯》(Nature Communications)。

    该设计创新借鉴原子物理领域的奥特勒-汤尼斯（Autler-Townes）分裂效应，通过电光调制技术，在光子电路中精准模拟复现了这一物理现象。

    磁光隔离器的技术短板

    项目负责人、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格兰杰工程学院机械科学与工程教授Gaurav Bahl表示：“目前商用性能最优的光学隔离器，均基于磁光材料制备。”

    “该方案适用于光纤网络等大型光子系统，但无法适配集成光子芯片场景。磁性材料与磁光材料不兼容半导体晶圆代工工艺，且普遍存在光学损耗偏高的问题，其核心光学性能还具备极强的波长依赖性，应用局限性显著。”

    “随着数据中心算力规模持续扩张，业界对紧凑型、低功耗光信号路由器件的需求持续攀升。因此，无磁型芯片级集成光隔离器，成为当下光子技术领域的重点研发方向。”

    从声波调控到电可调谐技术迭代

    Bahl教授团队在前期研究中，研发出声光隔离器，利用声波模拟奥特勒-汤尼斯分裂效应，打破光传输的方向对称性，实现单向透光特性。但该声光器件存在诸多技术缺陷：器件制备完成后难以精细调谐、成品良率不稳定、工作波长无法灵活适配光子电路的整体工作体系。

    本次研究提出的全新电光设计，采用铌酸锂这一电可调谐光学材料，摒弃声波调控机制，彻底规避了传统声光隔离器的固有缺陷。该技术方案不依赖特定激光波长，适配多场景应用需求。本研究中，器件针对光纤通信通用的电信波段完成设计优化。

    该器件无任何机械运动结构，可增设保护性包覆层，有效隔绝外界环境干扰、提升器件稳定性，这是传统声光隔离器无法实现的技术优势。

    性能对标商用成熟器件

    传输对比度与正向透射率的比值，是衡量光学隔离器性能的核心品质因数。这款新型片上电光隔离器的正反向传输品质因数接近2000（约33分贝），且正向传输损耗极低，综合性能可与商用片外磁光隔离器媲美。

    此外，实验测试证实，该电光隔离器可实现数太赫兹范围的宽域调谐，可调谐性能是前代声光器件的数千倍。研究人员可根据光子系统的工作波长，按需精准调控器件的光隔离性能，适配性极强。

    Bahl教授介绍：“团队后续将研发宽带电光隔离器，实现在超宽波长范围内的稳定高性能工作，无需额外调谐，进一步简化应用流程。这类新型隔离器技术，有望突破人工智能、高性能计算等国家关键战略技术的核心瓶颈。”

    论文出版信息
    Gwan In Kim et al,，An integrated multi-THz tunable linear isolator based on electro-optic non-reciprocal strong coupling，Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-75451-5
    期刊：《自然・通讯》

    注：本文借助人工智能完成编译与文本整理