洛桑联邦理工学院 用于频率梳和光子微波产生的氮化硅光子芯片照片
信用:刘、何() 在我们的信息社会中，无线电和微波信号的合成、分配和处理在无线网络、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，尤其是由于对例如5G和“物联网”的需求，带宽瓶颈迫在眉睫
“‘微波光子学’是微波工程和光电子学的结合，可能会提供一个解决方案
微波光子学的一个关键组成部分是光学频率梳，它提供数百条等距且相互相干的激光线
它们是以稳定的重复率发射的超短光脉冲，重复率精确地对应于梳状线的频率间隔
脉冲的光电探测产生微波载波
近年来，在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方面取得了显著进展
这些频率梳依赖于耗散克尔孤子的形成，克尔孤子是在光学微谐振器中循环的超短相干光脉冲
因此，这些频率梳通常被称为“孤立子微束”
' 产生孤立子微谐振器需要非线性微谐振器，这些微谐振器可以使用CMOS纳米制造技术直接构建在芯片上
与电子电路和集成激光器的共同集成为小型化铺平了道路，允许在计量、光谱学和通信领域的大量应用
由托拜厄斯·J·领导的EPFL研究小组发表在《自然光子学》上
Kippenberg现在已经展示了重复频率低至10千兆赫的集成孤子微带
这是通过显著降低基于氮化硅的集成光子波导的光损耗来实现的，氮化硅是一种已经用于互补金属氧化物半导体微电子电路的材料，并且在过去十年中也被用于构建在芯片上引导激光的光子集成电路
科学家们能够制造出在所有光子集成电路中损耗最低的氮化硅波导
使用这种技术，产生的相干孤子脉冲在微波K- (~20千兆赫，用于5G)和X波段(~10千兆赫，用于雷达)都具有重复率
由此产生的微波信号具有与商用电子微波合成器相当甚至更低的相位噪声特性
微波重复频率下集成孤子微束的演示跨越了集成光子学、非线性光学和微波光子学的领域
EPFL团队实现了足够低的光损耗水平，使得光在直径只有1微米的波导中传播近1米，或者说比人类头发小100倍
这一损耗水平仍然比光纤中的值高三个数量级以上，但是代表了迄今为止集成非线性光子学的任何紧密限制波导中的最低损耗
这种低损耗是EPFL科学家开发的新制造工艺——“氮化硅光子镶嵌工艺”的结果
该论文的第一作者刘(音)说:“当使用深紫外步进式光刻技术进行这一工艺时，在低损耗方面给出了真正惊人的性能，这是使用传统纳米制造技术无法实现的。”他也是微纳技术中心(CMi)氮化硅纳米光子芯片制造的带头人
“这些微电容器及其微波信号可能是未来雷达和信息网络架构中构建完全集成的低噪声微波振荡器的关键要素
" EPFL团队已经在与美国的合作者合作开发混合集成孤子微模块，将芯片级半导体激光器结合在一起
这些高度紧凑的微电容器可以影响许多应用
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数据中心收发器、激光雷达、紧凑型光学原子钟、光学相干层析成像、微波光子学和光谱学
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