本文编译自OpticaOPN期刊年1月的封面文章，原作者来自加州大学圣芭芭拉分校JohnBowers团队和Thorlabs晶体膜反射镜团队。GaAs/AlGaAs晶体膜反射镜是一种CSOI结构单晶硅晶圆是微电子学的基础，而半导体制造的发展和高纯度、高结构质量基材的出现也促进了先进光子学的巨大进展。作为传统微电子技术的一个特殊分支，绝缘体上硅(SOI)晶圆已经成了现代光子学不可缺少的工具。虽然SOI已经取得了很大的成功，但是这个成熟的领域需要寻求新的突破。除了硅，III-V族复合半导体和绝缘体与低折射率基材的集成可构造CSOI，即绝缘体上复合半导体。CSOI平台能提供性能更高的器件，包括用于精密计量的干涉膜、高性能数据收发机、集成化量子光源。

SOI:SiliconOnInsulator

CSOI:CompoundSemiconductorOnInsulator

从SOI到CSOISOI的一个关键优势是能将高质量晶体膜集成在几乎任意基底上。由于晶体生长和键合过程相互独立，，晶体膜集成不受晶体生长条件限制。而且，硅和绝缘底层之间较大的折射率差便于更灵活地控制光波。但III-V族材料有望带来更多发展机遇。各种不同的多层晶体膜通过异质外延和带隙工程制备，其光学性质可远远超出局限性很大的单层SOI。外延III-V族材料的光学损耗能做到与最优介质材料的同等水平，因此适合用作高性能无源元件，比如干涉膜和波导。相比折射率调谐能力有限的硅，改变砷化物、磷化物和氮化物材料的成分可以调制膜层的折射率，并且保持单晶膜的优异性能。

III-V族半导体还能提供有源电光功能。块体硅由于间接带隙而无法高效发光或提供光学增益，而且非线性效应弱。由于缺乏二阶非线性或普克尔效应，SOI不能实现高效频率转换或高速调制器，而且硅的较低带隙能量还导致高非线性损耗(双光子吸收)。因此，通过复合半导体外延生长和晶体膜转移技术相结合，先进光子器件将有更广阔的发展空间，远远超越当前SOI结构的潜能。

CSOI材料平台具有广阔的应用空间

表面法向光子学中的CSOI

表面法向光子学译自surface-normalphotonics。根据字面意思和相关的0°AOI晶体膜反射镜，这应该相当于正入射条件下的光子学。搜索surface-normal还可找到surface-normal调制器、surface-normal耦合器和surface-normal光互连等等。标准翻译敬请指教。

CSOI器件最早可追溯至Varian公司于年开发的玻璃上GaAs/AlGaAs光阴极。随后几十年里，很多团队研究薄膜转移和直接键合技术，希望以此将III-V族材料集成任意基底上，而EliYablonovitch及同事在年的研究成果带来了异质集成器件的持续发展。到年代初，CSOI为解决表面法向光子学的局限性提供了一种独特方案。这种器件的制作过程首先是单独生长GaAs/AlGaAs分布式布拉格反射膜，然后转移到超抛光熔融石英基底上。这样就可将单晶干涉膜集成到任意光学表面上。这些技术能解决精密干涉计量长期面临的困境：热噪声。热噪声影响着世界上最先进的测量设备，使引力波探测器无法达到终极位移灵敏度，使光学原子钟的核心激光无法实现最小线宽。由于引力波探测器和光钟的核心光学元件要求高质量玻璃基底，因此GaAs/AlGaAs多层膜无法直接外延生长，而要通过转移技术集成在超抛光熔融石英基底上。由此制备的晶体膜反射镜比传统溅射介质膜反射镜的热噪声降低了10倍。由于晶体生长和膜层转移技术的优化，晶体膜反射镜的性能指标已能比得上甚至超过最好的溅射介质膜反射镜。生产只有几个ppm超额损耗(吸收加散射)的半导体超级反射镜目前已是常规操作，而Thorlabs现已提供近红外反射率超过99.%的标准产品，用它们能搭建最稳定的激光干涉仪。

晶体膜反射镜、参考腔、腔衰荡光谱测量

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