微梳齒結構注入脈衝雷射作為可變微波齒輪

2020-10-01 江蘇雷射產業創新聯盟

由微諧振器頻率梳注入 高速調製的半導體雷射可以同時生成低噪音的微波和具有可變頻率間隙的頻率梳

低噪音的微波信號在不同的應用中都是非常重要的關鍵參數，如高速電信和超快數據處理。傳統上，這些信號的生成由體積龐大的且脆性的微波振蕩器 來生成，並不適合室外的應用。但是在最近，物理學家探索了一種新的替代來改變這一現狀：使用光學微諧振器頻率梳 （optical microresonator frequency combs）來生成高質量的微波。

伴隨孤子注入 GSL的微梳重複頻率劃分

取決於雷射高光頻率和光譜純度，光學微諧振器可以以一種緊湊高效的方式 產生低噪音的微波。但一個諧振器通常只能產生非常有限的可調製的微波。其原因在於微波的頻率取決于振蕩器的尺寸，而振蕩器的尺寸本身是非常不容易進行調製改變的。

最近發表在期刊《Science Advances》上，來自洛桑聯邦理工學院的Tobias Kippenberg實驗室、都柏林大學、愛爾蘭都柏林城市大學的研究人員發展了一種新穎的技術，僅僅利用一個光學微諧振器來生成可變的低噪音微波。

晶體微諧振器產生的頻率分割的孤子微梳

這一技術所採用的辦法是發射一個微振蕩器 頻率數進入一個緊湊的雷射中，此雷射的強度通過現成的微波振蕩器 進行調節。通過強制調節頻率進入到緊跟一個微波的次諧波頻率，這是通過一個微小微諧振器頻率梳 進行產生的，該團隊成功的生成的新的微波，其頻率可以顯著的進行變化。

合成的微波信號的 相位噪聲譜

此外，新生成的微波同微諧振器頻率梳狀振蕩器 和現成的微波振蕩器相比，呈現出較低的相位噪聲水平。其機制，稱之為 頻率分割，通常用來將光學信號的頻率純度轉移成以微波為主的信號。

100-GHz重複速率的Si3N4微梳光子晶片 的頻率分割

目前研究的這一技術可以確保光譜的純度在不同微波信號之間轉換。傳統上，執行完美的微波頻率分割以一種可變的形式呈現，到目前為止還是非常不容易的。Wenle Weng博士解釋說，他是該項目的leader：得益於我們所發展的快速調製半導體雷射，現在可以實現使用低成本的光（電探）測器和適度控制系統 來實現。這一半導體雷射器同時還可以產生一個具有緻密光譜發射 的二次的頻率梳，這一技術可以用在許多光譜學的應用場合。

該概念驗證實驗 裝置的關鍵部件，包括微共振器和半導體雷射，均互不相連的且都連接在一個長的光纖上。該研究團隊目前正致力於將其融合在一起和形成一個先進的包裝設備 。伴隨著該設備的小微化和批量生產，可變的微波振蕩器和類似梳狀頻率發生器 將會對現存的可攜式的低噪音微波和頻率梳狀源的激增的市場進行革新。

文章來源：Wenle Weng et al. Frequency division using a soliton-injected semiconductor gain-switched frequency comb, Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aba2807，洛桑聯邦理工學院（Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)）

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