Lithium niobate (LN), an outstanding and versatile material, has influenced our daily life for decades—from enabling high-speed optical communications that form the backbone of the Internet to realizing radio-frequency filtering used in our cell phones. This half-century-old material is currently embracing a revolution in thin-film LN integrated photonics. The successes of manufacturing wafer-scale, high-quality thin films of LN-on-insulator (LNOI) and breakthroughs in nanofabrication techniques have made high-performance integrated nanophotonic components possible. With rapid development in the past few years, some of these thin-film LN devices, such as optical modulators and nonlinear wavelength converters, have already outperformed their legacy counterparts realized in bulk LN crystals. Furthermore, the nanophotonic integration has enabled ultra-low-loss resonators in LN, which has unlocked many novel applications such as optical frequency combs and quantum transducers. In this review, we cover—from basic principles to the state of the art—the diverse aspects of integrated thin-film LN photonics, including the materials, basic passive components, and various active devices based on electro-optics, all-optical nonlinearities, and acousto-optics. We also identify challenges that this platform is currently facing and point out future opportunities. The field of integrated LNOI photonics is advancing rapidly and poised to make critical impacts on a broad range of applications in communication, signal processing, and quantum information.

中文翻译：

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薄膜铌酸锂上的集成光子学

铌酸锂 (LN) 是一种出色的多功能材料，几十年来一直影响着我们的日常生活——从实现构成互联网主干的高速光通信到实现手机中使用的射频过滤。这种已有半个世纪历史的材料目前正在掀起薄膜 LN 集成光子学的革命。制造晶片级、高质量绝缘体上 LN (LNOI) 薄膜的成功和纳米制造技术的突破使高性能集成纳米光子组件成为可能。随着过去几年的快速发展，其中一些薄膜 LN 器件（例如光调制器和非线性波长转换器）的性能已经超过了它们在块状 LN 晶体中实现的传统同类产品。此外，纳米光子集成使 LN 中的超低损耗谐振器成为可能，从而开启了许多新应用，例如光频梳和量子换能器。在这篇综述中，我们涵盖了从基本原理到最新技术的集成薄膜 LN 光子学的各个方面，包括材料、基本无源元件和基于电光、全光非线性的各种有源器件，和声光。我们还确定了该平台目前面临的挑战并指出了未来的机遇。集成 LNOI 光子学领域正在迅速发展，并准备对通信、信号处理和量子信息领域的广泛应用产生重要影响。这已经解锁了许多新的应用，例如光频梳和量子换能器。在这篇综述中，我们涵盖了从基本原理到最新技术的集成薄膜 LN 光子学的各个方面，包括材料、基本无源元件和基于电光、全光非线性的各种有源器件，和声光。我们还确定了该平台目前面临的挑战并指出了未来的机遇。集成 LNOI 光子学领域正在迅速发展，并准备对通信、信号处理和量子信息领域的广泛应用产生重要影响。这已经解锁了许多新的应用，例如光频梳和量子换能器。在这篇综述中，我们涵盖了从基本原理到最新技术的集成薄膜 LN 光子学的各个方面，包括材料、基本无源元件和基于电光、全光非线性的各种有源器件，和声光。我们还确定了该平台目前面临的挑战并指出了未来的机遇。集成 LNOI 光子学领域正在迅速发展，并准备对通信、信号处理和量子信息领域的广泛应用产生重要影响。基本无源元件，以及基于电光、全光非线性和声光的各种有源器件。我们还确定了该平台目前面临的挑战并指出了未来的机遇。集成 LNOI 光子学领域正在迅速发展，并准备对通信、信号处理和量子信息领域的广泛应用产生重要影响。基本无源元件，以及基于电光、全光非线性和声光的各种有源器件。我们还确定了该平台目前面临的挑战并指出了未来的机遇。集成 LNOI 光子学领域正在迅速发展，并准备对通信、信号处理和量子信息领域的广泛应用产生重要影响。