利用片上光学频率梳产生光子微波

时间:2020-04-26 15:18 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

利用片上光学频率梳产生光子微波

在我们这个信息社会,无线电和微波信号的合成、分发和处理在无线网络、电信和雷达中无处不在。目前的趋势是使用更高频段的载波,尤其是在5G和“物联网”等需求导致带宽瓶颈隐现的情况下。将微波工程和光电子学结合起来的“微波光子学”可能会提供一种解决方案。

光学频率梳是微波光子学的重要组成部分,它能提供数百条等距且相互相干的激光线。它们是超短的光脉冲,以稳定的重复频率发射,精确地对应于梳状线的频率间隔。光检测脉冲产生微波载体。

近年来,由连续波激光器驱动的非线性微谐振器产生的芯片级频率梳取得了显著的进展。这些频率梳依赖于耗散克尔孤子的形成,这是在光学微谐振器内循环的超短相干光脉冲。因此,这些频率梳通常被称为“孤子微梳”。

产生孤子微梳需要非线性微谐振器,而这些谐振器可以利用CMOS纳米制造技术直接建立在芯片上。与电子电路和集成激光的协同集成为梳状微型化铺平了道路,允许在计量、光谱和通信等领域的大量应用。

由Tobias J. Kippenberg领导的EPFL研究小组在《自然光子学》杂志上发表了他们的研究成果,他们现在已经展示了集成的孤子微梳,重复频率低至10ghz。这是通过显著降低基于氮化硅的集成光子波导的光学损耗来实现的,氮化硅是一种已经用于CMOS微电子电路的材料,在过去的十年中,氮化硅还被用于构建引导激光片上光的光子集成电路。

科学家们能够制造出在任何光子集成电路中损耗最小的氮化硅波导。利用该技术,产生的相干孤子脉冲在微波K- (5G使用~ 20ghz)和x -波段(雷达使用~ 10ghz)都有重复频率。

所得到的微波信号具有与商用微波合成器相当甚至更低的相位噪声特性。集成孤子微梳在微波重复率下的演示,在集成光子学、非线性光学和微波光子学领域架起了桥梁。

EPFL团队实现了一个足够低的光损耗水平,使光在直径只有1微米的波导中传播近1米,也就是比人的头发小100倍。这一损耗水平仍然比光纤中的值高三个数量级,但对于集成非线性光子学而言,这是所有紧约束波导中损耗最低的。

这种低损耗是由EPFL科学家开发的一种新的制造工艺——氮化硅光子大马士革工艺的结果。’”这一过程,当使用deep-ultraviolet步进光刻,给真正壮观的低损耗的性能而言,这并不是使用传统的纳米加工技术,实现“Junqiu Liu表示该论文的第一作者也导致制备的氮化硅纳米光子芯片EPFL MicroNanoTechnology中心(CMi)。“这些微型梳状体和它们的微波信号,可能成为未来雷达和信息网络结构中构建完全集成的低噪声微波振荡器的关键元素。”

EPFL团队已经在与美国的合作者合作开发混合集成的孤子微梳模块,该模块结合了芯片级半导体激光器。这些高度紧凑的微型梳子可以影响许多应用,例如。数据中心收发器,激光雷达,紧凑光学原子钟,光学相干层析成像,微波光子学,光谱学。

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