近日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所歐欣團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)董春華團(tuán)隊(duì)、華東師范大學(xué)程亞團(tuán)隊(duì)以及深圳國(guó)際量子研究院劉駿秋團(tuán)隊(duì)合作，在硅基絕緣體上碳化硅（SiCOI）平臺(tái)的微腔孤子光頻梳方面取得了重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)在利用異質(zhì)集成技術(shù)制備高Q值SiC光子微腔的基礎(chǔ)上，采用雙光束泵浦方式首次在室溫下實(shí)現(xiàn)了SiC光學(xué)頻率梳的鎖模。同時(shí)，通過(guò)SiC本征的二階非線性特性，實(shí)現(xiàn)了光頻梳從紅外到可見波段的轉(zhuǎn)換。

集成光子芯片有望為下一代超高速、超低功耗的信息技術(shù)帶來(lái)變革性突破。光子集成主要包含光源的產(chǎn)生、傳遞、處理三個(gè)方面。近年來(lái)，一種特殊的光源——微腔光學(xué)頻率梳，因其在精密測(cè)量、光譜學(xué)、相干通信領(lǐng)域的應(yīng)用前景被廣泛關(guān)注。光學(xué)頻率梳技術(shù)于2005年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，在此后的十幾年中，大量的研究工作致力于借助于成熟的微納加工工藝在芯片級(jí)的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)前，硅、鈮酸鋰、III-V族、碳化硅、氮化硅、氮化鋁等非線性光子薄膜平臺(tái)先后被開發(fā)用于實(shí)現(xiàn)頻率梳產(chǎn)生。其中，碳化硅（Silicon carbide，SiC）作為第三代半導(dǎo)體，除了在射頻、功率電子和MEMS上有廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)良的光學(xué)特性也使得SiC非常適用于集成光子應(yīng)用。SiC在光學(xué)損耗、二階/三階非線性系數(shù)、CMOS兼容特性以及量子色心方面具有較為綜合的性能優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期以來(lái)倍受關(guān)注。然而，基于SiC平臺(tái)產(chǎn)生頻率梳的性能有限，國(guó)際上已有報(bào)道噪聲態(tài)頻率梳，以及4K低溫下鎖模頻率梳。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，室溫下獲得鎖模的SiC光學(xué)頻率梳更具意義。

圖1 SiC光學(xué)頻率梳頻譜、噪聲譜及其拍頻譜

中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所歐欣課題組及其合作團(tuán)隊(duì)在前期對(duì)硅基異質(zhì)集成高質(zhì)量SiC薄膜優(yōu)化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在SiC的微腔孤子光頻梳方面取得了重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)采用了輔助光熱補(bǔ)償?shù)姆椒?，?lái)達(dá)到SiC孤子的穩(wěn)定產(chǎn)生，并實(shí)現(xiàn)了SiC平臺(tái)的單孤子和多種孤子晶體的觀測(cè)。同時(shí)，通過(guò)SiC本征的二階非線性特性，在可見光波段生成具有同等頻率間隔的光頻梳，并對(duì)從紅外到可見光頻梳產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行了觀測(cè)。研究團(tuán)隊(duì)基于SiC微腔實(shí)現(xiàn)的從紅外到可見波段的頻梳對(duì)未來(lái)拓寬光頻梳技術(shù)在光譜學(xué)上的應(yīng)用以及實(shí)現(xiàn)頻梳的片上自參考鎖定具有重要的意義。

信息來(lái)源：中科院上海微系統(tǒng)所