芯片级孤子微梳实现飞秒级精度突破
激光频率梳是一种能在光谱范围内产生均匀间隔、尖锐谱线的光源，其形态类似梳齿结构。这种技术为时间和频率测量提供了精密标尺，已成为激光雷达、高速光通信和空间导航等领域的核心工具。传统频率梳依赖大型实验室激光系统，而最新研发的芯片级孤子微梳技术通过在微环谐振腔内产生超短光脉冲，实现了革命性突破。 &J D^\+7U:
该技术面临的关键挑战是时间抖动问题——即光脉冲时序的微小波动。这种由环境噪声或系统内部不稳定引起的波动，会严重影响依赖精确计时的系统性能。例如在激光雷达中，抖动会导致测距精度下降；在高速数据传输中则会引起信号失真，降低数据完整性。 ;%cW[* Dw
据《Advanced Photonics Nexus》报道，国际研究团队通过开发基于色散管理氮化硅（Si3N4）微环谐振腔的新型平台（工作重复频率89 GHz），成功攻克了这一难题。该平台的核心创新在于有效抑制了传统恒色散系统中难以避免的模式交叉干扰（AMX）。研究团队通过对谐振腔色散特性的精确调控，显著提升了信号稳定性。 8*|*@
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基于色散管理氮化硅微谐振器的新平台以 89 GHz 的重复频率运行。插图显示了环形微谐振器的 SEM 图像，以及波导结构和耦合间隙的放大视图。 ?_ v_*+b_
在器件制备方面，研究团队首先在硅衬底上沉积3微米厚二氧化硅（SiO2）层，随后通过低压化学气相沉积形成800纳米氮化硅层。采用248纳米深紫外光刻技术将该层加工成环形谐振腔结构，最后进行氧化层封装。研究测试了单孤子、多孤子及孤子晶体等不同工作状态，借助高灵敏度干涉测量法将时间抖动测量精度推进至仄秒量级。实验数据显示，单孤子状态展现出最优性能：相对强度噪声（RIN）达-153.2 dB/Hz，在10 kHz-1 MHz频段内时间抖动低至1.7飞秒；即便在更宽的10 kHz-44.5 GHz奈奎斯特频段内，累积抖动也仅32.3飞秒。 mS49l
该色散管理设计同时稳定了微梳中心频率，有效避免了频率漂移引发的附加抖动。尽管不同孤子状态间存在细微差异，但整体性能表现极为稳定。"这是色散管理微梳首次实现飞秒级时间抖动控制"，通讯作者刘文正强调指出。 S,f#g?V
研究团队还发现低频噪声主要来源于腔体内功率波动，这一发现为未来性能提升指明方向——时间抖动有望突破亚飞秒极限。加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院Chee Wei Wong教授补充道："低频段主要噪声源自有效腔长波动，而色散管理微梳中心频率位移可忽略的特性有效阻断了相关噪声转换机制。后续研究将深入探讨高阶色散对噪声耦合的影响。" /gex0 w
这项在紧凑型集成平台上实现飞秒级时间抖动的突破性成果，为芯片级孤子技术设立了新基准。该进展为空间导航、超快数据网络和量子测量系统的实际应用开辟了新前景。 tV4wkS=R|
相关链接：https://dx.doi.org/10.1117/1.APN.4.3.036011
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