摘要:集成光学可调延迟线（OTDL）是各种光子集成系统中的关键组件，应用范围从微波光子学到光学计算。然而，当前技术在同时实现低损耗、紧凑尺寸、高速度和低功耗方面面临重大挑战。薄膜锆钛酸铅（PZT）作为一种新兴方案，因其非易失性可重构性和超快易失性普克尔斯调制特性而备受关注。在此，我们展示了首个在薄膜PZT平台上实现的OTDL，包含5条螺旋波导和6个工作在通信波段的2×2马赫-曾德尔干涉仪（MZI）开关。本MZI开关通过易失性普克尔斯调制实现了500 ps的创纪录快开关时间，调制效率达1.26 V·cm，并具备无需连续维持电压的非易失性状态编程能力。通过采用加宽脊形波导和90°欧拉弯曲，延迟线实现了0.70 dB/cm的低传播损耗，最大延迟为387.5 ps，可调分辨率为12.5 ps。通过非易失性编程MZI开关状态，实现了光学任意波形发生器。这些结果确立了薄膜PZT作为超快、高能效可编程光子芯片的一个有吸引力的平台，适用于光通信、光信号处理和光学计算等一系列应用。关键词： 任意波形产生，电光开关，马赫-曾德尔干涉仪，光学可调延迟线，可编程光子系统，PZT光子平台468寸PLZTOI薄膜晶圆--180pm/V电光系数高SOI晶圆：--340nm/500nm/220nm薄膜/ 3um厚膜-3umSIO2-675um，1万欧双高阻做探测器和量子器件GEOI晶圆--做探测器和中远红外波导，SMARTCUT工艺InGaPOI晶圆：2阶和3阶非线性器件--mbeALOOI晶圆；--氧化铝薄膜晶圆，键合工艺和镀膜工艺--紫外波导器件
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文章名: Ultra-Fast and Energy-Efficient PZT Optical Tunable Delay Lines for Programmable Photonic Systems作者：Cunyu Shi1 ，Chenlei Li1 ，Wei Chen1 ，Shengjie Tang2 ， Tao Shu1 ，Haojie Zhu3 ，Haorui Liu1 ，Yueyang Zhang1 ，Long Zhang1 ，William Shieh3 ，Feng Qiu2 ，Daoxin Dai1 , 4 , 51 State Key Laboratory for Extreme Photonics and Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, International Research Center For Advanced Photonics, Zijingang Campus, Zhejiang University, Hangzhou, China2 Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou, Zhejiang Province, China 3 School of Engineering, Westlake University, Hangzhou, Zhejiang Province, China 4 China Jiliang University, Hangzhou, China 5 Intelligent Optics and Photonics Research Center, Jiaxing Research Institute, Zhejiang University, Jiaxing, China集成光学可调延迟线（OTDL）是光交换、微波光子学和光学计算中的关键构建模块[1, 2]。在新兴应用中，需求已从单纯的可重构延迟控制发展为涵盖高速和高能效的延迟切换。在光交换网络中，OTDL作为光缓冲器实现时隙交换，从而支持全光交换架构[3, 4]。随着波特率和数据包速率持续提高，光缓冲需要更快的延迟状态切换，以满足高速分组交换互连的严格时序约束。同时，在数据中心等功耗受限场景中，延迟重构的能耗必须最小化，以实现可扩展和可持续的运行[5]。在微波光子学中，OTDL对于雷达和无线系统中的真时延波束成形至关重要，它们取代电子移相器以消除宽带范围内的波束倾斜[1, 6–9]。在此类系统中，延迟切换速度直接决定扫描整个视场所需的时间，因此关键性地影响跟踪和分辨快速移动目标或目标集群的能力。更快的延迟切换可实现更高的刷新率和改进的实时传感性能。OTDL还广泛用于微波信号处理，例如有限冲激响应（FIR）滤波器[10]和脉冲整形[11]，其中快速延迟重构使滤波器响应能够快速适应，为实时自适应微波信号处理铺平道路。在光学计算中，OTDL常用于时间同步和数据对齐，以确保卷积核和输入流的正确时序[12–14]。由于不同工作负载表现出不同程度的数据稀疏性和时间密度，延迟状态的高效实时控制变得日益关键。快速低功耗OTDL因此可实现动态时间数据对齐，降低电子时钟和同步电路的开销，并促进多模态任务的时分复用光学计算。这些新兴应用正推动对紧凑、灵活、高速和高能效集成OTDL的需求，以克服传统架构的根本局限性[15]。在过去的几十年中，已在不同材料平台上实现并实验验证了多种OTDL [16–20]。在这些平台中，二氧化硅和氮化硅（SiN）具有固有的低传播损耗，低于0.1 dB/cm [18, 19]。绝缘体上硅（SOI）平台尽管本征损耗相对较高，但通过波导加宽可实现显著降低的传播损耗（0.1–0.28 dB/cm）[17]。在开关性能方面，二氧化硅和SiN平台上的演示通常依赖于热光效应，导致开关时间相对较长，从毫秒到数十微秒不等，且功耗高达133 mW/π [19]。掺杂硅光子波导利用等离子体色散效应可实现纳秒级开关速度，但会因自由载流子吸收而增加插入损耗[21, 22]。近年来，薄膜铌酸锂（TFLN）凭借其低传播损耗[25]和优异的电光特性[26]，已成为OTDL的一个有前景的平台[7, 23, 24]。基于TFLN的演示已实现1.3 ns的开关速度[23]和TE0模式0.2 dB/cm的传播损耗[24]。然而，由于普克尔斯系数相对较小（约31 pm/V）[26]，TFLN需要较长的相移区域才能实现π相移，这使包含多个OTDL的波束成形系统的布局设计变得复杂。此外，尽管状态切换的功耗可忽略不计[23]，所有TFLN开关均需要不同的连续偏置电压来维持所需的工作状态并补偿制造引起的偏差，这使控制系统复杂化并引入了与直流（DC）漂移问题相关的额外挑战[27]。因此，快速响应、低功耗的OTDL仍然是迫切需求的。此外，开关状态的校准和维持在实际应用中至关重要，但往往被忽视[1, 20]。绝缘体上薄膜PZT近期已成为一个有前景的平台，因为它同时提供了阈值电压以上的非易失性折射率微调和超快易失性普克尔斯调制[28, 29]。其优异的材料特性包括高达约120 pm/V的有效普克尔斯系数，约为铌酸锂（LN）的四倍，以及在单模波导中相对较低的传播损耗（约2 dB/cm）。与氮化硅波导集成的CMOS兼容AlN压电光机械平台近期已实现了低损耗、低功耗且迟滞可忽略不计的光子调谐[30, 31]。与此同时，PZT压电光机械平台也已开发用于SiN光子电路中的压电驱动调谐[32, 33]。这些方法受益于SiN波导的低传播损耗和压电致动器的成熟集成。然而，在这些压电光机械方法中，光学调谐通过致动器诱导的机械运动实现，该机械运动随后改变SiN波导中的光学相位。因此，其调谐速度受限于致动器-波导结构的机械响应。相比之下，本PZT平台直接利用光波导中的普克尔斯效应，实现了快速电光开关。此外，PZT的铁电畴切换行为提供了一种非易失性状态编程机制，允许在移除施加电压后保持编程的光学状态。值得注意的是，PZT的混合四方-菱方晶体对称性在中等电场下提供了多方向畴重新取向，为任意且紧凑的光子集成电路（PIC）布局赋予了各向同性灵活性[34]。这一特性消除了各向异性电光晶体材料（如LN）典型存在的严格角度对准约束，极大地简化了大规模布线，并允许延迟线路径（包括直线段、弯曲和螺旋）在整个架构中保持一致的性能。这些卓越的属性使PZT成为开发含OTDL光子芯片的一个新兴平台。在本工作中，我们通过将材料优势与高效电光调制及非易失性设置机制相结合，并利用加宽螺旋波导与90°欧拉弯曲的结构优势，展示了一种PZT OTDL。所展示的OTDL提供了最大387.5 ps的可编程延迟，分辨率为12.5 ps，同时传播损耗低至0.70 dB/cm，约为先前报道的单模波导损耗的三分之一[28]。更重要的是，它通过易失性普克尔斯调制展现了500 ps的开关时间，展示了片上OTDL的亚纳秒重构能力[23, 24]。此外，PZT的非易失性设置机制被用于制造后相位误差补偿、MZI开关状态的非易失性编程，以及无需连续维持电压的状态保持。通过调整本OTDL中涉及的各MZI开关的分束比，我们实现了一种非易失性可切换光学任意波形发生器（AWG）。这些PZT OTDL的进展不仅展示了OTDL性能的显著提升，包括低传播损耗、高速易失性开关和非易失性状态编程，而且为光通信、光子信号处理和光学计算等一系列应用提供了高性能可编程光子芯片的新可能性。图1 基于PZT的OTDL布局及MZI开关性能。 (a) 基于PZT的OTDL架构示意图，包含螺旋延迟线、MZI开关和片上监测器。(b) 基于PZT的MZI开关相移段中一个臂的横截面视图，电极间隙为4 µm。(c) 施加1 V电压时，MZI一个臂横截面上的模拟电场分布。(d) PZT MZI开关的显微镜图像。(e) PZT MZI开关在交叉态和直通态下的透射光谱。(f) 具有1.5 mm长相移器的PZT MZI开关测得的V_π。(g) 基于PZT的MZI开关测得的开关上升/下降时间。图1a展示了所提出的基于PZT的N位OTDL架构，包含N条螺旋波导和(N+1)个2×2 MZI开关。螺旋波导的长度按二进制序列设计，分别提供2^0·t、2^1·t、2^2·t、…、2^(N−1)·t的时间延迟。通过适当配置(N+1)个2×2 MZI开关，可实现从0到(2^N−1)·t的可编程光学真时延，延迟分辨率为t。在每个2×2 MZI开关中，一臂经由螺旋波导传输，而另一臂则通过参考波导传播。每条参考波导均包含一个分束比为2:98的方向耦合器和一个光栅耦合器，可通过监测参考路径中的光功率来确定开关状态。在本文中，我们以N=5为例。该OTDL制备于4英寸晶圆上，其硅衬底上具有300 nm厚的PZT层和2 µm厚的埋氧层。布局通过电子束光刻进行图案化，随后对PZT层进行干法刻蚀，刻蚀深度为150 nm。之后，通过电子束蒸发沉积20 nm厚的Ti粘附层和400 nm厚的Au电极，并采用剥离工艺进行图案化。基于PZT的2×2 MZI开关是所提出的OTDL的关键组件，提供超快和高能效的光路切换，以实现可调延迟时间配置。2×2 MZI开关由两个2×2多模干涉仪（MMI）和一个电光相移器组成。MMI设计及相应的仿真结果见第S1节。相移器采用1 µm宽的单模波导实现，长度为1.5 mm，采用单驱动推挽配置。为实现高调制效率同时最小化金属诱导吸收损耗，电极到MZI相移区域的距离设置为4 µm，如图1b所示。图1c展示了COMSOL模拟的施加1 V电压时波导横截面内的电场分布。为评估MZI开关性能，我们制备了一个独立的2×2 MZI开关，其设计与OTDL中集成的开关相同。所制器件的显微镜图像如图1d所示。PZT中铁电畴的电学控制可实现易失性或非易失性折射率调制[28,29]，赋予其独特的功能二重性：通过普克尔斯效应实现非易失性状态编程和超快易失性调制。在工作期间，开关首先通过施加极化电压（V_pol约为150 V）进行初始化。在非易失性模式下，施加超过阈值电压V_th（约10 V）的设置电压V_set以建立目标光学状态，随后移除。稳定后，开关无需连续维持电压即可保持在该状态。该非易失性编程步骤重构铁电畴状态，实现制造后相位误差补偿和所需静态开关状态的建立。在易失性模式下，施加低于阈值的驱动电压V_dr（低于V_th）以实现超快切换[28,29]。电压V_pol、V_set和V_dr的方向如图1a所示。图1e展示了本开关在交叉态与直通态下、经由非易失性开关模式编程所得的透射光谱。光谱以具有相同光栅耦合器设计的参考直波导为归一化基准，以消除光源及光栅耦合器引入的光谱包络。在1530–1610 nm波长范围内，两种工作状态下的插入损耗均保持在0.2–2.5 dB。同一光谱范围内的消光比超过24 dB，在1550 nm处两种状态均达到27 dB以上。额外的非易失性开关特性见第S2–S4节。V_set依赖特性表明，PZT MZI开关提供了超过2π的保持相移范围，实现了交叉态与直通态之间的完全非易失性切换。编程状态在移除设置电压后48小时观测窗口内保持不变，而不同设置电压下的100次循环编程测试验证了不同非易失性状态的可重复访问能力。除实现交叉态与直通态之间的非易失性切换外，PZT的大普克尔斯系数还实现了高效率与超快开关操作。对于本设计中1.5 mm长的相移器，测得的V_π为8.37 V，如图1f所示，对应的V_π·L为1.26 V·cm，不足TFLN MZI开关的一半[23,35]。在矩形驱动脉冲作用下，PZT MZI开关的易失性模式开关时间测得为上升沿450 ps、下降沿500 ps，如图1g所示，展示了片上OTDL的亚纳秒级重构能力。高速测量配置如图S5所示，响应时间分析见第S5节。图2a与图2b分别展示了螺旋波导的示意图及其显微图像。加宽PZT脊形波导的传播损耗采用三维体电流法进行估算[17, 36]，详见第S6节。PZT波导上表面的均方根粗糙度经原子力显微镜测量约为1.4 nm，如图S6所示，而有效侧壁粗糙度则由1 µm宽单模PZT脊形波导的实测损耗反推得出。将上述粗糙度值与模拟光场分布相结合，得到图2c中的计算曲线。由于1 µm波导的实测损耗被用于反推有效侧壁粗糙度，计算曲线与1 µm实验点重合。计算进一步表明，将脊宽加宽至3 µm可通过抑制侧壁散射损耗将传播损耗降低至0.74 dB/cm。据此，本文中螺旋延迟线选用3 µm的脊宽。加宽脊形波导的横截面几何结构如图2d插图所示，相应的导模场分布如图2e插图所示。相邻波导之间的间距设计为大于3 µm，以抑制相邻波导间的光学耦合。采用绝热锥形结构实现单模波导与3 µm宽螺旋延迟线之间的连接。为抑制高阶模式激发，同时减小占地面积和弯曲损耗，本设计采用对称90°欧拉弯曲。与传统圆弧弯曲不同，其曲率半径随弯曲角度呈线性变化[36]，如图2d所示。该弯曲在与直波导的接口处达到最大半径（R_max），从而最小化模式失配引起的损耗。最小半径（R_min）出现在45°点处。尽管较小的R_min可实现更紧凑的布局，但R_min应保持足够大以满足绝热条件，从而最小化弯曲损耗。图2e展示了R_max = 10,000 µm、R_min = 72 µm条件下90°欧拉弯曲的时域有限差分（FDTD）仿真结果。TE0模式平滑地通过该弯曲，在1500–1600 nm波长范围内模间串扰低于−30 dB，如图2f所汇总。为测量延迟线的传输损耗，利用MZI开关的非易失性开关模式，将OTDL分别配置为零延迟参考态、单位开关态及最大延迟态。采用光谱分析仪（OSA，AQ6370D）记录相应的输出光谱，如图2g所示。零延迟参考态下的插入损耗包括参考臂中单模波导的传播损耗、六个MZI开关的插入损耗、用于开关状态监测的方向耦合器引入的分束损耗、非最优开关状态引起的额外分束损耗，以及制造偏差引入的损耗。通过线性拟合不同OTDL开关配置的实测透射光谱随相应延迟线长度的变化关系，提取出传播损耗。图2h中橙色曲线显示了波长相关的拟合损耗，而青色虚线表示在所绘波长范围内的最大拟合损耗。所提取的损耗如图2c中实测数据点所示，约为0.70 dB/cm，与青色曲线计算值0.74 dB/cm吻合良好。图2 PZT OTDL中低损耗螺旋延迟线的设计与性能。 (a) 螺旋延迟线示意图及 (b) 显微图像，由90°欧拉弯曲和加宽的3 µm宽波导组成。(c) 采用三维体电流法计算的PZT脊形波导传播损耗随波导宽度变化的曲线，如青色曲线所示。标记点分别表示1 µm宽和3 µm宽波导的实验测量损耗。(d) 90°欧拉弯曲示意图，虚线表示相应的90°圆弧弯曲。插图为侧壁倾角约70°的3 µm宽脊形波导横截面。(e) TE0模式通过90°欧拉弯曲的模拟传输，显示平滑传播且无可观测的高阶模式激发。插图为3 µm宽PZT脊形波导中TE0模式的模场分布。(f) 90°欧拉弯曲的模间串扰计算结果，保持在−35 dB以下。(g) 参考路径、单位开关路径及最大延迟路径在不同开关配置下的透射光谱。(h) 对(g)中数据随物理路径长度的线性拟合，得到延迟线传播损耗为0.70 dB/cm。橙色曲线表示各波长下的拟合传播损耗，青色虚线表示所绘波长范围内的最大拟合损耗。图3a展示了PZT OTDL的显微图像，其占地面积约为6 × 3 mm²。五条延迟线的物理长度分别为0.25、0.49、0.98、1.96和3.93 cm，对应的时间延迟分别为12.5、25、50、100和200 ps。用于测量OTDL延迟的实验装置如图3b所示。鉴于所提出的OTDL提供12.5 ps的最小延迟和387.5 ps的最大延迟，采用中心波长为1563 nm、重复频率为100 MHz、脉宽为65 fs的飞秒脉冲激光器作为光源。通过将PZT MZI开关工作于非易失性模式，OTDL开关状态被依次配置为图3c所示的六种情况。在第一种配置中，所有MZI开关均设置为直通态，使得光脉冲仅经由参考路径传播，对应零延迟。在第二至第六种配置中，每个延迟态两侧的一对MZI开关被偏置以实现3 dB分束比，并经过精细调节以补偿两臂之间的光学损耗不平衡。经上臂传播的脉冲相对于下臂经历了所设计的延迟，随后两个脉冲在右侧的MZI开关处重新合束。合束后的光脉冲序列由商用高速光电探测器（PD，KG-PT-40G）转换为电信号，并由示波器（OSC，Keysight DSA-X93204A）实时记录。两个脉冲之间的时间间隔对应于相应延迟级引入的延迟，如图3d所示。由于PD-OSC测量链的有限带宽（约30 GHz），光脉冲被展宽至约30 ps。因此，12.5 ps和25 ps的延迟无法被分辨，仅表现为脉冲展宽。因此，转而测量了37.5、50、100和200 ps的延迟，如图3b所示。图3 实验表征。 (a) 所制PZT OTDL的显微图像。(b) 延迟测量装置示意图。PD：KG-PT-40G光电探测器，带宽38 GHz；DC：直流电源，Keithley 2400 SourceMeter，电压输出范围±200 V；OSC：高速实时示波器，Keysight DSA-X93204A，带宽32 GHz。(c) 延迟测量所采用的开关状态配置。橙色线表示光路，橙-青渐变色开关表示介于交叉态与直通态之间的中间状态。(d) 对应于(c)中所示开关状态测得的延迟时间。由于PD-OSC测量链的有限带宽引起脉冲展宽，12.5 ps和25 ps的延迟无法被单独分辨，因此测量了37.5、50、100和200 ps的延迟作为替代。高速任意波形产生在无线通信、雷达和光学计算等多种应用中也至关重要[37, 38]。对更高速度波形产生的日益增长的需求对数模转换器（DAC）提出了严格要求，从而显著增加了高速AWG的成本。基于FIR滤波器的光学脉冲整形器已被证明可在无需DAC的情况下产生复杂波形[10, 39]。在本工作中，所需的FIR响应通过非易失性编程OTDL中各开关的分束比来配置。因此，OTDL的输出表示输入信号与编程FIR响应的卷积[10, 40]。以激光脉冲作为光源时，单个输入脉冲序列被转换为具有调制强度和时延的多个脉冲序列。这些产生的脉冲序列随后由高速PD探测，合束脉冲序列的包络即形成所需波形[10, 40–42]。MZI开关状态通过非易失性设置模式定义。因此，一旦编程完成，基于OTDL的光学AWG即可在无需维持电压的条件下连续产生目标波形。为简化起见，本文采用12.5、25和50 ps三级延迟线进行演示。这些级提供了八种不同的延迟时间。通过调节每级前MZI的分束比，可配置各延迟时间的强度系数，从而编程由延迟脉冲形成的包络。所需分束比首先根据目标波形以两位小数精度设计，然后量化至最接近的实验可访问的4位非易失性编程电平（如图S7所示），再施加于PZT MZI开关。其中R_j（j = 1, 2, 3）表示耦合至延迟波导臂的光功率比，T_j（j = 1, 2, 3）表示进入参考臂的光功率比。如图1e所示，在脉冲激光中心波长1563 nm处，MZI开关的归一化插入损耗为0.82 dB。因此，在该工作波长附近进行归一化分束比分析时，采用近似T_j = 1 − R_j。在此条件下，可产生三种特定典型波形，即方波、锯齿波和三角波。所设计的分束比及其对应的量化4位编程电平汇总于图4插表。图4a–e分别展示了由OTDL AWG产生的方波、上升锯齿波、下降锯齿波以及两种不同脉宽的三角波。为量化生成波形与理想波形之间的偏差，引入决定系数r²，详见第S8节。r²值接近1表示测量波形与设计波形之间具有极好的一致性。OTDL的延迟分辨率决定了此类AWG的时间采样间隔。对于所提出的OTDL，最小延迟分辨率12.5 ps对应80 GSa/s的有效采样率。在实际实验中，可观测波形带宽还受限于探测链的带宽，在本工作中约为30 GHz。除延迟分辨率设定的时间采样率外，光学任意波形产生的保真度还取决于延迟脉冲副本的幅度量化能力。如第S7节所验证，该开关支持16种可区分且可重复的非易失性模拟功率状态，对应4位幅度编程分辨率。因此，波形偏差源于带宽受限探测、有限幅度编程精度和MZI插入损耗变化的综合影响，详见第S8节。图4 光学任意波形发生器。 (a) 方波、(b) 上升锯齿波、(c) 下降锯齿波、(d) ∆τ = 45 ps三角波和(e) ∆τ = 65 ps三角波的演示。红色实线表示测量波形，青色虚线表示理想目标波形。决定系数r²量化了测量波形与理想波形之间的一致性。插表列出了用于生成各波形的相应设计分束比及其对应的量化4位编程电平，其中Lx表示16个可用编程状态中的第x级。我们展示了首个基于PZT的OTDL，实现了387.5 ps的5位延迟范围，分辨率为12.5 ps。表1汇总了在不同平台上开发的代表性片上OTDL的关键性能指标。PZT的易失性与非易失性功能二重性在本OTDL中扮演着不同的角色。易失性普克尔斯调制提供500 ps的开关响应，并支持在施加驱动电压下的快速延迟状态切换，适用于高速操作，如快速延迟重构、分组级光交换、快速波束偏转和高速信号处理。非易失性状态编程用作相对较慢的编程和校准机制，用于状态初始化、制造后相位误差补偿以及MZI开关状态的非易失性编程。一旦移除设置电压且器件稳定后，编程状态无需连续维持电压即可保持，从而降低静态功耗并避免状态维持期间的直流漂移相关问题。例如，在真时延波束成形系统中，非易失性编程可补偿延迟网络中制造引起的相位误差，而易失性普克尔斯调制则可在工作期间实现快速波束偏转。此外，PZT的大有效普克尔斯系数（约120 pm/V）实现了高效的MZI开关。在给定驱动电压下，所需相移器长度可缩短，从而实现紧凑的器件占地面积。尽管PZT单模波导的传播损耗相对较高（约1.9 dB/cm）[28]，但通过采用加宽脊形波导和90°欧拉弯曲，可将其降低至约0.70 dB/cm。这些结果表明，PZT是集成OTDL的一个有前景的平台。a) PLC，基于二氧化硅的平面光波导电路；
b) TO，热光效应；
c) PD，等离子体色散效应；
d) EO，电光效应；
e) 对于PZT OTDL，所列开关速度指易失性子阈值普克尔斯响应，而非易失性模式用作相对较慢的编程和校准机制；
f) 对于PZT OTDL，非易失性状态维持通过铁电畴切换实现，与易失性普克尔斯响应相比，该过程为相对较慢的编程过程。该功能需要高电压极化和设置电压。本研究所提出的OTDL同时提供了一种非易失性且可重构的光脉冲序列整形方法。通过非易失性方式编程各开关的分束比，已实现了片上光学任意波形发生器，能够产生矩形波、锯齿波及三角波等多种波形。一经编程，工作状态即可在无静态功耗的条件下保持，从而显著降低能耗，并有效规避状态维持期间可能出现的直流漂移问题。上述结果充分彰显了该基于PZT的OTDL作为可编程光信号处理器所具备的灵活性与可重构能力。目前，PZT OTDL可达到的最大延迟主要受限于传播损耗，通过精细优化刻蚀工艺以进一步平滑波导侧壁，可在一定程度上缓解该限制。此外，由于延迟线采用多模波导，利用模分复用技术可在相同的物理占地面积内大幅扩展延迟量[43]。另一方面，利用PZT的非易失性微调能力开发相对较短但高精度的片上OTDL也是可取的方向，这对于高频微波光子波束形成器尤为有用。面向未来的芯片级集成，非易失性编程可通过集成高压驱动器实现[44, 45]，同时通过脉冲极化策略、热辅助及电极设计优化，所需Vset可进一步降低[46, 47]。从系统层面来看，通过配置多通道PZT OTDL并将其与复用及解复用器件相集成，可在光学计算、微波信号处理和雷达系统中实现先进功能，从而充分利用其高速和高能效的开关能力。PZT OTDL芯片制备于商用PZT绝缘体上晶圆，其PZT器件层厚度为300 nm。包括光栅耦合器、波导、MMI耦合器、MZI开关及延迟线波导在内的光子结构，分别采用电子束光刻或步进光刻进行图案化。随后通过基于CHF₃/Ar的感应耦合等离子体干法刻蚀将图案转移至PZT层，刻蚀深度为150 nm。在本工艺中，光刻可分辨的最小特征尺寸约为200 nm。共面电极随后通过紫外光刻定义，继以电子束蒸发沉积Ti/Au金属叠层，厚度分别为20 nm和400 nm。电极图案最终通过剥离工艺完成。 
