（文章來源：教育新聞網(wǎng)）

在我們的信息社會(huì)中，無線電和微波信號(hào)的合成，分發(fā)和處理在無線網(wǎng)絡(luò)，電信和雷達(dá)中無處不在。當(dāng)前的趨勢(shì)是在更高的頻帶中使用載波，尤其是由于對(duì)5G和“物聯(lián)網(wǎng)”的需求而出現(xiàn)帶寬瓶頸時(shí)。微波工程學(xué)和微波電子學(xué)的結(jié)合可能會(huì)提供解決方案。

微波光子學(xué)的一個(gè)重要組成部分是光學(xué)頻率梳，它可以提供數(shù)百條等距且相干的激光線。它們是具有穩(wěn)定重復(fù)率的超短光脈沖，精確地對(duì)應(yīng)于梳齒線的頻率間隔。脈沖的光電檢測(cè)產(chǎn)生微波載體。近年來，由連續(xù)波激光器驅(qū)動(dòng)的非線性微諧振器產(chǎn)生的芯片級(jí)頻率梳取得了重大進(jìn)展。這些頻率梳依賴于耗散的Kerr孤子的形成，這些孤子是在光學(xué)微諧振器內(nèi)部循環(huán)的超短相干光脈沖。因此，這些頻率梳通常稱為“孤子微梳”。

產(chǎn)生孤子微梳需要非線性微諧振器，這些諧振器可以使用CMOS納米制造技術(shù)直接構(gòu)建在芯片上。與電子電路和集成激光器的集成，為梳理小型化鋪平了道路，從而允許在計(jì)量，光譜學(xué)和通信領(lǐng)域進(jìn)行大量應(yīng)用。

由Tobias J. Kippenberg領(lǐng)導(dǎo)的EPFL研究小組在《自然光子學(xué)》上發(fā)表的論文現(xiàn)已展示出重復(fù)頻率低至10 GHz的集成孤子微梳。這是通過大大降低基于氮化硅的集成光子波導(dǎo)的光損耗來實(shí)現(xiàn)的，氮化硅是一種已在CMOS微電子電路中使用的材料，并且在最近十年中也已用于構(gòu)建在激光上導(dǎo)引激光的光子集成電路。芯片。

科學(xué)家能夠制造出在任何光子集成電路中損耗最低的氮化硅波導(dǎo)。使用這項(xiàng)技術(shù)，所產(chǎn)生的相干孤子脈沖在微波K-(約20 GHz，用于5G)和X波段(約10 GHz，用于雷達(dá))中均具有重復(fù)率。所產(chǎn)生的微波信號(hào)具有與商用電子微波合成器相同甚至更低的相位噪聲特性。集成孤子微梳在微波重復(fù)頻率上的演示橋接了集成光子學(xué)，非線性光學(xué)和微波光子學(xué)的領(lǐng)域。

EPFL小組實(shí)現(xiàn)了足夠低的光損耗，以至于光在直徑僅為1微米的波導(dǎo)中傳播近1米，其直徑是人類頭發(fā)的100倍。該損耗水平仍比光纖中的損耗水平高三個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但代表了迄今為止對(duì)于集成非線性光子學(xué)而言任何嚴(yán)格限制的波導(dǎo)中的最低損耗。

如此低的損耗是EPFL科學(xué)家開發(fā)的一種新制造工藝的結(jié)果，即“氮化硅光子大馬士革工藝”。該論文的第一作者，也領(lǐng)導(dǎo)氮化硅制造的劉俊秋說：“當(dāng)使用深紫外步進(jìn)光刻技術(shù)進(jìn)行該工藝時(shí)，就低損耗而言，它確實(shí)提供了驚人的性能，而傳統(tǒng)的納米制造技術(shù)則無法實(shí)現(xiàn)這種低損耗?！?EPFL MicroNanoTechnology(CMi)中心的納米光子芯片。“這些微梳及其微波信號(hào)可能是為未來的雷達(dá)和信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)構(gòu)建完全集成的低噪聲微波振蕩器的關(guān)鍵要素?！?/p>

EPFL團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在與美國(guó)的合作者合作，開發(fā)結(jié)合了芯片級(jí)半導(dǎo)體激光器的混合集成孤子微梳模塊。這些高度緊湊的微梳子可以影響許多應(yīng)用，例如數(shù)據(jù)中心中的收發(fā)器，LiDAR，緊湊的光學(xué)原子鐘，光學(xué)相干斷層掃描，微波光子學(xué)和光譜學(xué)。
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