【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】2025年1月22日，中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所歐欣研究團(tuán)隊(duì)與美國(guó)科羅拉多大學(xué)Gabriel Santamaria Botello教授、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Tobias J. Kippenberg教授團(tuán)隊(duì)合作，在基于絕緣體上鉭酸鋰單晶薄膜的電光頻率梳芯片研究上再次取得了重要研究進(jìn)展。相關(guān)工作 “Ultrabroadband integrated electro-optic frequency comb in lithium tantalate” 在國(guó)際頂級(jí)期刊《Nature》(https://doi.org/10.1038/s41586-024-08354-4)上發(fā)表。該工作上海微系統(tǒng)所歐欣研究員、美國(guó)科羅拉多大學(xué)Gabriel Santamaria Botello教授、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Tobias J. Kippenberg教授為通訊作者。
 

圖1. 超寬譜的鉭酸鋰電光頻率梳研究論文(圖源：Nature)
 

　　光學(xué)頻率梳技術(shù)在精密測(cè)量、微波合成和天文光譜觀測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)于2005年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。早期的光頻梳系統(tǒng)體積大且成本昂貴，當(dāng)前的研究前沿之一在于如何將這一技術(shù)在芯片尺度上實(shí)現(xiàn)，從而推動(dòng)更加廣泛的應(yīng)用。借助晶體的電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)微波驅(qū)動(dòng)的光頻拓展是集成光頻梳的主要技術(shù)方案之一，然而，由于傳統(tǒng)電光材料雙折射過(guò)強(qiáng)，并且傳統(tǒng)的微波電路設(shè)計(jì)能量利用率低兩個(gè)問(wèn)題，導(dǎo)致集成電光頻率梳光譜帶寬較低，限制了這一技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。
 

　　合作團(tuán)隊(duì)基于上海微系統(tǒng)所和EPFL團(tuán)隊(duì)前期共同構(gòu)建的鉭酸鋰集成光子材料與工藝技術(shù)[Nature629, 784–790 (2024)]，挖掘了鉭酸鋰在低雙折射效應(yīng)特性上的優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合微波諧振電路的設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了跨度超過(guò)450nm、譜線超過(guò)2000條的集成電光頻率梳；與傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)比，鉭酸鋰電光頻率梳不僅將器件縮小至1cm²內(nèi)，還同時(shí)將譜寬拓展了4倍、功效提升了16倍。合作團(tuán)隊(duì)還證明了鉭酸鋰電光頻率梳的啟鑰(turnkey)式開(kāi)啟，并具有大范圍的穩(wěn)定可調(diào)性能。超寬譜的鉭酸鋰電光頻率梳下一代芯片級(jí)的多光源相干通信、芯片級(jí)光譜學(xué)和超低噪聲毫米波合成提供了一個(gè)良好平臺(tái)。
 

　　圖2. 超寬譜的鉭酸鋰電光頻率梳芯片及其器件結(jié)構(gòu)圖；450nm譜寬表征結(jié)果；穩(wěn)定可調(diào)的啟鑰式鉭酸鋰電光頻率梳。(圖源：Nature)