【儀表網 研發快訊】2025年1月22日，中科院上海微系統與信息技術研究所歐欣研究團隊與美國科羅拉多大學Gabriel Santamaria Botello教授、瑞士洛桑聯邦理工學院Tobias J. Kippenberg教授團隊合作，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展。相關工作 “Ultrabroadband integrated electro-optic frequency comb in lithium tantalate” 在國際頂級期刊《Nature》(https://doi.org/10.1038/s41586-024-08354-4)上發表。該工作上海微系統所歐欣研究員、美國科羅拉多大學Gabriel Santamaria Botello教授、瑞士洛桑聯邦理工學院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)
光學頻率梳技術在精密測量、微波合成和天文光譜觀測等領域有著廣泛的應用，相關技術于2005年獲得諾貝爾物理學獎。早期的光頻梳系統體積大且成本昂貴，當前的研究前沿之一在于如何將這一技術在芯片尺度上實現，從而推動更加廣泛的應用。借助晶體的電光效應實現微波驅動的光頻拓展是集成光頻梳的主要技術方案之一，然而，由于傳統電光材料雙折射過強，并且傳統的微波電路設計能量利用率低兩個問題，導致集成電光頻率梳光譜帶寬較低，限制了這一技術的實際應用。
合作團隊基于上海微系統所和EPFL團隊前期共同構建的鉭酸鋰集成光子材料與工藝技術[Nature629, 784–790 (2024)]，挖掘了鉭酸鋰在低雙折射效應特性上的優勢，并結合微波諧振電路的設計優化，實現了跨度超過450nm、譜線超過2000條的集成電光頻率梳；與傳統技術對比，鉭酸鋰電光頻率梳不僅將器件縮小至1cm²內，還同時將譜寬拓展了4倍、功效提升了16倍。合作團隊還證明了鉭酸鋰電光頻率梳的啟鑰(turnkey)式開啟，并具有大范圍的穩定可調性能。超寬譜的鉭酸鋰電光頻率梳下一代芯片級的多光源相干通信、芯片級光譜學和超低噪聲毫米波合成提供了一個良好平臺。
圖2. 超寬譜的鉭酸鋰電光頻率梳芯片及其器件結構圖；450nm譜寬表征結果；穩定可調的啟鑰式鉭酸鋰電光頻率梳。(圖源：Nature)
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