Integrated photonic interposers for processing octave-spanning microresonator frequency combs
微梳-在微谐振器中产生的光学频率梳-在过去十年中取得了巨大的进步，并且在频率计量、导航、光谱学、电信和微波光子学中的应用是有利的。最重要的是，微梳提供了完全集成的小型化光学系统的前景，其成本、尺寸、重量和功率都得到了前所未有的降低。然而，这一目标一直受到使用大体积自由空间和光纤组件来处理微梳的阻碍，将形状因子限制在桌面上。在这里，我们通过引入集成光子中介层架构来处理微梳并取代分立元件来应对这一挑战。以1550 nm左右的电信C波段基于微梳的光频率合成为我们的目标应用，我们开发了一种内插器架构，该架构在光子小芯片和构成合成器的异质集成器件之间收集、路由和接口倍频程宽的光信号。我们已经实现了倍频程跨越光谱滤波的微梳，中央的中介层，在流行的氮化硅光子平台，并已确认所需的性能的中介层的各个元素。此外，我们表明，厚的氮化硅需要明亮的耗散克尔孤子的产生可以集成与相对较薄的氮化硅中介层通过倍频程带宽绝热倏逝波耦合，指示未来的系统级合并的路径。我们的内插器架构解决了芯片上微梳处理的迫切需要，以成功地集成微梳系统。随着微梳和集成器件的发展，我们的方法可以很容易地适应其他计量级应用的基础上，光学原子钟和高精度导航和光谱。
2020-10-01 physics.app-ph physics.optics
Ultralow-Noise Photonic Microwave Synthesis using a Soliton Microcomb-based Transfer Oscillator
超低噪声微波的合成对于计时、计量、通信和射电天文学都具有科学和技术意义。今天，最低的相位噪声信号是通过使用锁模激光频率梳的光分频获得的。尽管如此，这种技术理想地需要高重复率和紧密的梳状稳定。在这里，具有14 GHz的重复率的孤子微梳是用超稳定的泵浦激光器产生的，并用于导出超低噪声微波参考信号，在1 Hz偏移频率下的绝对相位噪声水平低于-60 dBc/Hz，在10 kHz下的绝对相位噪声水平低于-135 dBc/Hz。这是使用传输振荡器方法实现的，其中自由运行的微梳噪声（经过仔细研究并最小化）通过电子分频和混频的组合被消除。虽然这种原理证明使用辅助梳检测微梳的偏移频率，我们强调了这种方法的前景与未来的自参考集成微梳和电光梳，这将允许超低噪声微波和亚太赫兹信号发生器。
2019-11-26 physics.app-ph physics.optics
Architecture for coherent dual-comb spectroscopy and low-noise photonic microwave generation using mechanically actuated soliton microcombs
本文提出利用机械驱动超高Q值晶体微谐振器实现相干双梳光谱和超低噪声微波生成的架构，通过统一泵浦激光产生高相干双孤子梳，并利用亚赫兹线宽超稳定激光直接生成克尔孤子以显著降低相位噪声。
2025-09-20 physics.app-ph physics.optics
Copper-impurity-free photonic integrated circuits enable deterministic soliton microcombs
本研究通过去除氮化硅波导中的铜杂质，克服热不稳定性，实现了确定性孤子微梳生成，兼容前道代工，推动微梳技术实际部署。
2025-04-25 physics.app-ph physics.optics
Laser soliton microcombs on silicon
硅光子学使光学功能在芯片上实现晶圆级集成。基于硅的激光频率梳可以通过为每秒太比特收发器、并行相干激光雷达或光子学辅助信号处理提供相互相干激光线的集成源来显著扩展硅光子学的应用。在这里，我们报告的异质集成激光孤子微梳相结合的InP/Si半导体激光器和超低损耗氮化硅微谐振器在单片硅衬底。使用标准CMOS技术从单个晶片生产数千个器件。利用片上电控制微梳激光器的相对光相位，这些器件可以输出重复频率为100 GHz的单孤子微梳。我们的方法为大批量、低成本制造基于芯片的频率梳铺平了道路，这些频率梳用于下一代大容量收发器、收发器、空间和移动平台。
2021-03-03 physics.app-ph physics.optics
Highly tunable broadband RF photonic fractional Hilbert transformer based on a Kerr soliton crystal microcomb source
我们展示了一个RF光子分数希尔伯特Transformer集成克尔微梳源的基础上，具有创纪录的低自由光谱范围为48.9 GHz，产生75个微梳线在C波段。通过编程和成形的梳状线根据计算出的抽头权重，我们表明，希尔伯特Transformer可以实现可调带宽范围从1.2到15.3 GHz，可切换的中心频率从基带到9.5 GHz，和任意分数阶。我们实验表征的RF幅度和相位响应的可调带通和低通希尔伯特Transformers与90和45度相移。实验结果与理论吻合良好，证实了我们的方法的有效性，作为一种强大的方式来实现标准以及分数希尔伯特Transformers具有广泛的和可切换的处理带宽和中心频率，以及高的可重构性，大大降低了尺寸和复杂性。
2021-07-30 physics.app-ph physics.optics
Photonic frequency microcombs based on dissipative Kerr and quadratic cavity solitons
光学频率梳具有精确控制的宽范围谱线，是许多科学突破的关键技术。除了基于锁模激光器的传统实现之外，基于高Q微谐振器中的耗散克尔和二次腔孤子的光子频率微梳在要求紧凑的占地面积、低成本、良好的能量效率、大梳间距和访问非常规光谱区域的应用中已经变得非常宝贵。本文综述了光子频率微梳的最新研究进展，并讨论了如何利用各种现象来提高微梳的性能，使其在光学原子钟、光学频率合成器、精密光谱学、天体光谱仪校准、生物医学成像、光通信、相干测距和量子信息科学等方面具有广泛的应用前景。
2022-12-29 physics.optics
Electrically pumped photonic integrated soliton microcomb
光学频率梳使频率计量和计时技术发生了革命性的变化，并可用于广泛的光学技术中。正在进行的进展允许使用克尔非线性光学微谐振器的光学频率梳的显著小型化，其中宽带和相干光学频率梳可以从连续波激光器产生。这种“微梳”提供了具有低功耗、前所未有的形状因子、晶片规模制造兼容性的宽带宽。对于未来的大容量应用，集成和电泵浦的孤子微梳是必不可少的。然而，到目前为止，微梳仍然依赖于由大体积外部激光模块提供的光泵浦，该模块提供孤子形成所需的相干性、频率捷变和功率水平。电驱动的芯片集成微梳受到孤子形成的高阈值功率（通常超过集成硅基激光器的功率）和孤子引发所需的频率捷变的抑制。高Q值氮化硅微谐振器的最新进展表明，电驱动孤子微梳是可能的。在这里，我们展示了电驱动，芯片集成孤子微梳耦合磷化铟（III-V）多纵模激光二极管芯片的高Q值氮化硅光子集成微谐振器。我们观察到，自注入锁定的激光二极管的微谐振器，这是伴随着一个x1000倍的激光线宽变窄，可以同时启动耗散克尔孤子的形成。通过调节电流，我们观察到从调制不稳定性、呼吸孤子到单孤子态的转变。该系统需要小于1瓦的电功率，在电子可检测的子100 GHz模式间隔下工作，可以安装在约100个工作区中。1立方厘米。
2018-11-21 physics.app-ph physics.optics
Designing and analyzing microwave photonic spectral domain filters based on transversal filtering with optical microcombs
本文基于横向滤波方法对光学微梳微波光子谱域滤波器进行性能分析，研究有限抽头数、实验误差源和输入信号带宽对滤波响应的影响，为滤波器设计与优化提供指导。
2024-08-07 physics.app-ph physics.optics
Microwave and RF signal processing based on integrated soliton crystal optical microcombs
微梳是用于光子RF信号处理的多波长信道源的有力工具。它们提供紧凑的器件尺寸、大量波长和宽奈奎斯特频带。在这里，我们回顾了基于微梳的光子射频信号处理器的最新进展，包括真正的时间延迟，可重构滤波器，希尔伯特Transformers，微分器和信道化器。讨论了光学微梳在功能和可集成性方面在射频光子学应用中的巨大潜力。
2019-09-07 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Optical Kerr soliton crystal microcomb source for RF photonic fractional differentiation
报道了一种基于集成克尔微梳光源的光子射频分数阶微分器。微梳源具有49 GHz的自由光谱范围（FSR），产生大量的梳状线，作为高性能的多波长源的微分器。通过编程和成形的梳状线，根据计算出的抽头权重，任意分数阶范围从0.15到0.90，实现了宽的RF工作带宽为15.49 GHz。我们的实验特征的频域RF幅度和相位响应，以及与高斯脉冲输入的时间响应。实验结果与理论吻合良好，证实了我们的方法对高性能分数微分器具有宽的处理带宽，高可重构性，并可能大大降低尺寸和成本的有效性。
2020-01-08 physics.app-ph physics.optics
Contrasting the relative performance of RF photonic transversal signal processors based on microcombs using discrete components versus integrated devices
本文对比了基于微梳的射频光子横向信号处理器在分立元件与集成器件实现下的性能差异，分析了抽头数及元件非理想响应等因素的影响，并展望了未来改进方向。
2025-01-19 physics.optics
Photonic chip-based optical frequency division with PZT-integrated soliton microcombs
本文提出在SiN孤子微梳谐振器上集成高速PZT应力光学执行器，实现对孤子重复频率的快速独立调谐，并演示了芯片级光学频率分频与低噪声毫米波生成。
2025-07-22 physics.app-ph physics.optics
The performance of microwave photonic signal processors based on microcombs with different input signal waveforms
本文实验演示了基于微梳的MWP信号处理器处理多种输入信号波形的能力，量化了不同波形的处理精度并通过理论分析解释了差异，为处理各种微波信号提供了指导。
2024-02-10 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Theory for the Accuracy of Microcomb Photonic Microwave Transversal Signal Processors
本文详细量化分析了基于微梳的光子射频横向信号处理器的处理精度，探讨了抽头数、信号带宽、脉冲波形等理论限制及各组件实际误差源，为优化处理器设计提供了指南。
2023-04-09 eess.SP physics.optics
2.4-THz Bandwidth Optical Coherent Receiver Based on a Photonic Crystal Microcomb
本文提出一种基于钽酸五氧化物光子晶体微环谐振器频率梳的光谱切片单偏振相干接收机，实现了创纪录的2.4 THz带宽。
2024-07-04 eess.SP physics.optics
Ultralow-power chip-based soliton microcombs for photonic integration
在光学微谐振器中产生的耗散克尔孤子提供了一条途径，以紧凑的频率梳的高重复率，这已经被用于光学频率合成器，超快测距，相干通信和双梳光谱。氮化硅（Si $_3$ N $_4$）微谐振器是一种很有前途的光子集成孤子微梳。迄今为止，由于低质量（$Q$）因素，以及由于需要使用频率捷变激光器来访问孤子状态的热效应，以通常小于100 GHz的电子可检测重复率在Si $_3$ N $_4$微谐振器中形成孤子受到外部功率放大器的要求的阻碍。这些要求使得基于Si $_3$ N $_4$微谐振器的孤子微梳器件与其他有源或无源部件的异质或混合的未来光子集成复杂化。在这里，使用的光子大马士革回流过程中，我们展示了超低功率单孤子形成高Q（$Q_0>15\times10^6$）硅$_3$ N $_4$微谐振器与9.8 mW的输入功率（6.2 mW的波导）的电子检测，99 GHz的重复率的设备。我们表明，孤子可以通过简单的，缓慢的激光压电调谐，在同一个样品中的许多谐振。这些功率水平与当前基于硅光子学的激光器兼容，用于孤子微梳的完全光子集成，重复率适合于超快测距和相干通信等应用。我们的研究结果表明，硅$_3$ N $_4$光波导的技术准备为未来的全芯片孤子微梳器件。
2018-10-04 physics.optics
Induced Directional Switching of Platicon Microcombs in Photonic Crystal Ring Resonators
Université de Bourgogne（勃艮第大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
针对正常色散光子晶体环形谐振器中微梳固有的方向偏差问题，提出边模诱导前向强迫方法，通过调控辅助模分裂实现前向传播platicon态的稳定控制，为无环行器集成微梳提供可扩展方案。
2026-09-25 physics.optics
Sub-milliwatt, widely-tunable coherent microcomb generation with feedback-free operation
微梳通过为时频计量和信息处理提供并行的、相互相干的波长通道而使光电子学发生革命性变化。为了在集成光子系统中实现这一基本功能，希望以简单灵活的方式直接用片上激光器驱动微梳。然而，两个主要的困难阻碍了这一目标：1）产生锁模梳状状态通常需要大量的泵浦功率，以及2）对准激光器和谐振器频率的要求显著地使操作复杂化并且限制了梳状线的可调谐性。在这里，我们解决这些问题，通过使用微谐振器上的AlGaAs绝缘体平台产生暗脉冲微梳。这种高度非线性的平台大大放宽了制造要求，并导致低于1 mW的相干梳产生创纪录的低泵浦功率。暗脉冲微梳促进热控制避免模式交叉访问直接DFB激光泵浦。在没有任何反馈或控制电路的情况下，梳状显示出良好的一致性和稳定性。这种方法还导致所有梳状线的前所未有的宽啁啾范围。我们的工作提供了一种途径，以实现节能，简单和可重构的微梳，可以无缝集成到广泛的光子系统。
2021-12-16 physics.app-ph physics.optics
Ultrafast optical circuit switching for data centers using integrated soliton microcombs
当前数据中心内部的网络包括通过光纤和收发器互连的耗电电子分组交换机的层次结构。随着这种电交换网络的扩展接近平台，功率高效的解决方案是实现具有光电路交换（OCS）的扁平网络，而没有电子交换机并且由于服务器之间的直接链路而减少了收发器的数量。利用可调谐激光器和阵列波导光栅路由器是实现OCS的一种很有前途的方法。这样的OCS网络可以提供高带宽和低网络延迟，并且光子集成的可能性导致节能、紧凑和可扩展的光子数据中心网络。为了有效地支持动态数据中心工作负载，在亚纳秒（ns）内切换波长至关重要。在这里，我们展示了基于微梳的超快光子电路交换。采用光子集成氮化硅微梳与半导体光放大器（SOA）相结合，实现了20个以上载流子的亚纳秒（< 500 ps）开关。此外，25-Gbps的非归零（NRZ）和50-Gbps的四电平脉冲幅度调制（PAM-4）突发模式传动系的传输系统。此外，基于片上磷化铟（InP）的SOA和阵列波导光栅（AWG）用于显示sub-ns切换以及25-Gbps NRZ突发模式传输，为未来数据中心提供了一条通往更可扩展和节能的波长切换网络的路径。
2020-10-11 physics.app-ph physics.optics
Photonic chip-based high-efficiency soliton microcombs via electroopitc-Kerr synergy
本研究通过在绝缘体上铌酸锂光子芯片上集成片上脉冲产生与氮化硅微谐振器的耗散克尔孤子产生，实现了转换效率达43.9%的高效孤子微梳，为芯片级高功率微梳应用提供了可行方案。
2025-05-21 physics.optics
Microwave photonic transversal filters based on microcombs with feedback control
本文提出并实验比较了四种基于微梳的微波光子横向滤波器反馈控制方法，显著提升了梳线整形精度、信号处理性能及系统长期稳定性，为实际应用提供了实现指南。
2024-03-14 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Photonic real time video image signal processor at 17Tb/s based on a Kerr microcomb
本文提出一种基于集成克尔孤子晶体微梳的光子信号处理器，以17Tb/s速率实时处理40万路视频信号并并行执行34种图像处理功能，兼具高速与可重构性，为超快机器人视觉和机器学习开辟新途径。
2024-01-14 physics.app-ph physics.optics
Analog Time-Frequency Analysis and Frequency Measurement of Ultra-Wideband Microwave Signals via Dual-Comb Channelization
Shanghai Key Laboratory of Multidimensional Information Processing, School of Information and Electronic Engineering, East China Normal University（华东师范大学信息电子工程学院多维信息处理上海市重点实验室）；National Key Laboratory of Microwave Photonics, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics（南京航空航天大学微波光子学国家重点实验室）
该研究提出基于受激布里渊散射（SBS）的光子学辅助双梳信道化架构，实现超宽带微波信号时频分析与频率测量，获48/52 GHz带宽、微秒级时间分辨率及优于80 MHz的频率分辨率，为实时宽带频谱感知提供实用可重构方案。
2026-08-27 eess.SP physics.optics
Pockels Soliton Microcomb
克尔孤子微梳是近年来集成光子学领域的一个重要课题，它为光频计量学开辟了新的领域。克尔孤子微梳，顾名思义，是基于高阶立方光学非线性。利用二次光子材料，即普克尔斯材料，产生孤子和在芯片上实现1f-2f梳状自参考是理想的。这种二次驱动的孤子已在理论上提出，但尚未被观察到在纳米光子平台，尽管最近的进展，在自由空间和晶体谐振器中的二次梳生成。本文报道了氮化铝微腔中三波混频驱动的基于光子芯片的普克尔斯微梳孤子。与典型的克尔孤子相比，我们的Pockels孤子具有单位孤子生成保真度，多孤子态的二乘二湮灭，良好的调谐动力学，以及高的泵浦到孤子转换效率。
2020-04-16 physics.optics
Superefficient microcombs at the wafer level
本研究在100毫米晶圆上展示氮化硅技术，实现转换效率超50%、100条谱线、100 GHz重复频率的孤子微梳，并展示三梳干涉测量，为高性能光子集成系统铺路。
2023-09-05 physics.app-ph physics.optics
Optical-frequency measurements with a Kerr-microcomb and photonic-chip supercontinuum
在克尔微谐振器中形成的耗散孤子可以实现用于精密光学计量的芯片级频率梳。在这里，我们探索创建一个倍频程跨度，15 GHz的重复率微梳适合在近红外的f-2f自参考和光频比较。这是通过一个简单而可靠的方法来确定性地产生，并随后频率稳定，孤子脉冲序列中的硅盘谐振器。高效的氮化硅波导可提供跨越700至2100 nm的超连续谱，实现偏移频率稳定和光频测量，每模>100 nW。我们证明了稳定的梳通过执行微梳介导的比较两个超稳定的光学参考腔。
2017-10-08 physics.ins-det physics.optics
Photonic timing-engineered solitons for dual-microcomb metrology
Tsinghua University（清华大学）；International Quantum Academy, Shenzhen（深圳量子高等研究院）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本研究通过动态孤子捕获技术实现光学定时工程微梳，提升微梳计量系统的测距精度与灵活性。
2026-02-24 physics.optics
High-speed tunable microwave-rate soliton microcomb
本文提出首个能在高速下调谐重复速率的微波速率 soliton microcomb，通过在铌酸锂微腔集成电光调制元件实现 75 MHz 带宽与 5.0×10^14 Hz/s 调频速率，较现有技术快数个数量级，对微波光子学及频率梳应用意义重大。
2022-08-17 physics.app-ph physics.optics
Nanophotonic soliton-based microwave synthesizers
微波光子技术将载波向上移动到光域，以大大减少的分数带宽促进超宽带电子信号的生成和处理，与传统电子产品相比，有可能实现更优越的性能。对于微波光子应用，如滤波器，相干雷达，亚噪声检测，光通信和低噪声微波产生，频率梳是关键的构件。凭借孤子微梳，频率梳现在可以使用CMOS兼容的光子集成电路，低功耗和低噪声工作，并已在系统级的演示。然而，目前开发的光子集成微梳都以显著超出常规电子器件可以检测和处理的重复率操作，从而使其在微波光子学中的用途更加复杂。在这里，我们展示了集成的孤子微梳工作在两个广泛采用的微波波段，X和K波段。这些器件可以在3 dB带宽内产生300多条梳状线，并在10 kHz（1 MHz）偏移频率下产生相位噪声水平低于105 dBc/Hz（140 dBc/Hz）的微波信号，与现代电子微波合成器相当。此外，孤子脉冲流可以被注入锁定到微波信号，从而在与硅基激光器兼容的功率水平（<150 mW）下实现无致动器的重复频率稳定、调谐和微波光谱纯化。我们的研究结果建立光子集成孤子微梳作为可行的集成低噪声微波合成器。此外，低重复率对于未来密集WDM信道生成方案是关键的，并且可以显著降低光子集成频率合成器和原子钟的系统复杂度。
2019-11-25 physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable photonic RF filters based on integrated Kerr frequency comb sources
我们展示了两类基于集成光学微梳的光子射频（RF）滤波器。第一种是基于横向滤波结构，第二种是基于信道化技术。由微梳带来的大量波长导致显著增加的RF光谱分辨率和用于RF滤波器的大的瞬时带宽。对于RF横向滤波器，我们展示了Q因子增强、带外抑制改善、中心频率可调和可重新配置的滤波形状。而117 MHz的高分辨率，4.64 GHz的大RF瞬时带宽，和可编程的RF传递函数，包括二进制编码的陷波滤波器和RF均衡滤波器与可重构的斜率被证明为RF信道化滤波器。基于微梳的方法具有潜在的小得多的成本和占地面积，是有前途的集成光子RF滤波器。
2020-08-26 physics.app-ph physics.optics
Microcomb-referenced photonic stabilization of resonant tunneling diode terahertz oscillators
Tokushima University（德岛大学）；National Institute of Information and Communications Technology（信息通信研究机构）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
利用微梳驱动光混合信号实现共振隧道二极管太赫兹振荡器的稳定化，显著缩小线宽并提升相噪性能，为芯片级太赫兹源提供新方案。
2025-12-28 physics.optics
Maximizing the performance for microcomb based microwave photonic transversal signal processors
本文分析了基于微梳的微波光子横向信号处理器中由实验组件非理想响应引起的处理误差，量化了多种误差源对系统性能的影响，并引入反馈控制显著提升了处理精度。
2023-09-10 eess.SP physics.optics
300 mm Wafer-Scale SiN Platform for Broadband Soliton Microcombs Compatible with Alkali Atomic References
针对LPCVD工艺向更大晶圆扩展的挑战，提出基于300 mm晶圆低温低应力PECVD工艺的SiN平台，实现了宽带孤子微梳产生并兼容碱金属原子跃迁，推进了OFCs的大规模制造与集成应用。
2025-06-26 physics.app-ph physics.optics
Soliton Microcombs in Integrated Chalcogenide Microresonators
光子集成微梳在光通信、微波合成和光学计量等领域有着广泛的应用，它揭示了腔增强非线性过程下的光耗散孤子模式。微梳的决定性因素在于光子材料平台，这对高非线性和高质量芯片集成能力的材料提出了很高的要求。本文介绍了一种用于非线性光子集成和产生耗散孤子微梳的硫系玻璃--Ge 25 Sb 10 S65（GeSbS）。与现有的集成非线性平台相比，GeSbS具有从可见光到11 μ m范围内更宽的透过率、更强的非线性和更低的热折射系数，并且与CMOS工艺兼容。在这个平台上，我们实现了芯片集成的光学微谐振器的质量（Q）因子超过2 × 10^6，并进行光刻控制的色散工程。特别是，我们证明了一个明亮的孤子为基础的微梳和暗脉冲梳产生在一个单一的微谐振器，在其分离的基本偏振模式的家庭在不同的色散制度。总泵浦功率为10毫瓦级，由微谐振器的高Q因子和高材料非线性决定。我们的研究结果可能有助于非线性光子学领域的高度紧凑和高强度的非线性相互作用的替代材料平台，而在应用方面，有助于在低操作功率的孤子微梳的发展，这是潜在的单片集成光学频率梳。
2022-02-12 physics.optics
Photonic single perceptron at Giga-OP/s speeds with Kerr microcombs for scalable optical neural networks
光学人工神经网络（ONNs）具有超高计算速度和能量效率的巨大潜力。我们报告了一种新的方法，使用集成克尔光学微梳ONNs。这种方法是可编程的和可扩展的，并且能够达到1000 MHz的速度。我们展示了基本的构建块ONNs，一个单神经元感知器，通过将突触映射到49个波长上，以实现每秒11.9 x 109次操作的操作速度，或GigaOPS，每次操作8位，相当于95.2千兆比特/秒（Gbps）。我们测试了感知器的手写数字识别和癌细胞检测，分别达到90%和85%以上的准确率。通过使用现成的电信技术将感知器扩展到深度学习网络，我们可以实现高吞吐量的矩阵乘法运算，以实现实时海量数据处理。
2021-05-12 cs.ET eess.SP physics.app-ph
Octave-spanning microcomb generation in 4H-silicon-carbide-on-insulator photonics platform
碳化硅最近因其独特的性质而成为一种有前途的光子材料，包括具有强的二阶和三阶非线性系数，以及可用于大量量子应用的各种色心。在这里，我们报告的设计和演示的倍频程跨越微梳在4 H-绝缘体上碳化硅平台的第一次。这种宽带操作通过在36- $μ$ m-半径微谐振器中实现>1百万个固有品质因数的优化纳米纤维以及通过研究不同模式族的色散特性的仔细色散工程来实现。例如，对于其色散可以通过简单地改变微梳波导宽度来定制的基横电模式，我们实现了覆盖从1100 nm到2400 nm的波长范围的微梳光谱，片上功率接近120 mW。虽然观察到的梳状状态被证实是混沌的，而不是孤子，获得这样一个大的带宽是实现$f$ -2 $f$自参考的关键一步。此外，我们还观察到了基横磁模的相干孤子晶体态，它表现出比基横电模更强的色散，因此带宽更窄。
2021-11-21 nlin.PS physics.optics
Engineered zero-dispersion microcombs using CMOS-ready photonics
与亮脉冲微梳相比，正常群速度色散（GVD）微梳提供高梳线功率和高泵浦效率。最近使用CMOS代工生产的微谐振器的正常GVD微梳的演示是迈向规模化生产的重要一步。然而，CMOS器件的色散很大，并且损害了宽带微梳的产生。在这里，我们报告的微谐振器中，GVD减少由于耦合环谐振器配置的发展。工作在交钥匙自注入锁定模式下，谐振器与半导体激光器泵混合集成，以产生以1560 nm为中心的跨越9.9 nm（1.22 THz）带宽的高功率效率梳，对应于62条梳线。快速，线性光学采样的梳状波形被用来观察丰富的近零GVD梳状行为，包括孤子分子，开关波（platicons）和它们的混合物。通过电致动对20 GHz重复率的调谐使得能够伺服锁定到微波参考，这同时稳定梳状重复率、偏移频率和时间波形。这种混合集成系统可用于相干通信或通过两点光分频产生超稳定微波信号。
2023-01-26 nlin.PS physics.optics
Compact Turnkey Soliton Microcombs at Microwave Rates via Wafer-Scale Fabrication
本研究针对低重复率孤子微梳集成难题，通过晶圆级制造在4英寸晶圆上制备紧凑型氮化硅微谐振器，实现微波速率孤子微梳，为光子集成应用提供解决方案。
2025-02-16 physics.optics
Next-generation soliton frequency combs in photonic-crystal and nanocomposite microresonators
本文研究光子晶体谐振器和纳米复合波导微谐振器中孤子频率梳的产生机制与优化方法，提出泵浦谐波微梳和双微谐振器网络方案，为下一代微梳在光学计量与数据传输中的应用奠定基础。
2025-08-18 nlin.PS physics.app-ph physics.optics
Cascaded Brillouin-Kerr microcombs in surface nanoscale axial photonic resonators
Concordia University（麦考瑞大学）；Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学）
该研究在表面纳米轴向光子谐振器中实现级联布里渊-克尔微梳产生，通过受激布里渊散射与克尔四波混频结合，生成双梳状光谱，为轴向结构回音壁谐振器研究提供新平台。
2026-09-22 physics.optics
High-efficiency and broadband coherent optical comb generation in integrated X-cut lithium niobate microresonators
本研究针对X切薄膜铌酸锂平台正色散克尔微梳研究空白，通过超低损耗波导与谐振器设计实现高性能新型微梳，为高速低能耗光子电路提供支撑。
2025-07-28 physics.optics
Reconfigurable microwave photonic Fano filters based on optical Kerr microcombs
Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）；Monash University（蒙纳士大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）
该研究基于微梳驱动横向滤波系统，实现了兼具陡峭频谱过渡与高度可重构性的MWP Fano滤波器，可独立调谐Fano的三个特征参数，为微波信号处理提供了通用方案。
2026-08-18 physics.optics
Soliton microcomb based spectral domain optical coherence tomography
谱域光学相干断层扫描（SD-OCT）是一种广泛使用的微创生物医学成像技术[1]。SD-OCT通常依赖于超辐射发光二极管（SLD）的使用，其提供低噪声和宽带光谱。基于光子集成微谐振器中孤子形成的光子芯片级频率梳[2，3]的最新进展为SD-OCT提供了一种芯片级替代照明方案。在这里，我们探讨使用孤子微梳在光谱域OCT和显示，通过使用光子芯片级Si 3 N4谐振器与1300 nm泵浦激光器，光谱带宽超过商业SLD是可能的。我们证明了微谐振器中的孤子态呈现出约为0.05的本底噪声。在相同功率下，比SLD低3 dB，但在毫瓦级功率下，噪声性能显著降低。我们使用孤子微梳对离体固定的小鼠脑组织进行SD-OCT成像，并与SLD进行比较，并证明了基于孤子的SD-OCT的原理可行性。重要的是，我们证明了所有孤子梳齿的经典振幅噪声是相关的，即共模，与SLD或非相干微梳状态相反[4]，这在理论上应该提高图像质量。此外，由于孤子状态的高相干性和时间周期性，我们证明了圆形测距的潜力，即光学子采样[5，6]。综上所述，我们的工作表明孤子微梳的SD-OCT有前途的性能。
2020-03-19 physics.optics
A chip-based optoelectronic-oscillator frequency comb
提出一种无需有源锁定的全被动OEO微梳架构，自发协调相干微梳与低噪声微波，实现10.7 GHz重复率微梳与X波段微波，在1/10/100 kHz频偏处相位噪声达-97/-126/-130 dBc/Hz，为微波光子学等提供低成本集成技术。
2025-02-28 physics.app-ph physics.optics
Integrated, ultra-compact high-Q silicon nitride microresonators for low-repetition-rate soliton microcombs
在光子学中的多个相关应用，如频谱高效相干通信、微波合成或天文摄谱仪的校准，将受益于在<50 GHz的重复率下工作的孤子微梳。然而，利用光子集成技术获得低重复率的孤子微梳是一个巨大的挑战。腔体积的扩大导致腔内强度的下降，其只能由品质因数的全面上升来抵消。此外，减少平面集成电路上的微谐振器的占地面积需要跑道设计，这通常导致额外的模态耦合损耗和色散中断，从而防止耗散单孤子状态的产生。在这里，我们报告的色散工程氮化硅微谐振器的子50 GHz孤子微梳的产生。与其他方法相比，我们的器件采用优化的跑道设计，可最大限度地减少与高阶模式的耦合，并将基底面尺寸减少一个数量级，降至约1mm2。统计本征Q值达到1900万，并成功地产生了重复频率为20.5GHz和14.0GHz的孤子微梳。重要的是，制造过程完全是减法，这意味着器件可以直接在Si3N4膜上图案化。这种标准方法便于与其他组件和设备集成。
2021-08-17 physics.optics
Stable gigahertz- and mmWave-repetition-rate soliton microcombs on X-cut lithium niobate
针对X切TFLN因拉曼、各向异性和光折变效应难以产生孤子微梳的问题，本文实现约26 GHz至0.156 THz重复频率且长期稳定的单片孤子微梳。
2025-03-14 physics.optics
Stokes microcombs in silicon nitride microresonators
本文首次在正常色散氮化硅微环谐振腔中观测到斯托克斯微梳，揭示了克尔与拉曼非线性相互作用机制，实现了两种梳态的可控切换，并通过数值模型验证了拉曼诱导 platicon 形成，为新型光子器件奠定基础。
2025-11-07 physics.optics
Dissipative Kerr solitons in photonic molecules
许多物理系统显示量子化的能量状态。在光学中，相互作用谐振腔显示出具有分裂本征频率的透射光谱，类似于由键合多原子（即分子）系统中的相互作用状态产生的分裂能级。在这里，我们研究了线性耦合微谐振器中光子双原子分子的非线性动力学，并证明了当激光器被调谐到分裂的能级时，该系统支持形成自执行孤立波。输出对应于频率梳（微梳），其在功率谱分布方面的特性在单模（原子）系统中是无法达到的。光子分子微梳是相干的、可再现的，并且在用几毫瓦的激光功率操作时达到高转换效率和光谱平坦度。这些特性有利于微梳与半导体激光器技术的异质集成，并促进在光通信、光谱学和天文学中的应用。
2020-07-06 nlin.PS physics.optics
All-photonic W-band terahertz receiver based on THz-to-optical carrier conversion with soliton microcomb dual carriers for high-speed OOK wireless transmission
Graduate School of Sciences and Technology for Innovation, Tokushima University（德岛大学科学技术研究生院）；Institute of Post-LED Photonics (pLED), Tokushima University（德岛大学后LED光子学研究所）；Institute of Photonics and Human Health Frontier (IPHF), Tokushima University（德岛大学光子学与人类健康前沿研究所）；Center for Higher Education and Digital Transformation, University of Yamanashi（山梨大学高等教育与数字化转型中心）；National Institute of Information and Communications Technology（信息通信技术研究所）；Department of Electrical, Electronic and Computer Engineering, Gifu University（岐阜大学电气电子计算机工程系）；Department of Electrical and Mechanical Engineering, Nagoya Institute of Technology（名古屋工业大学电气机械工程系）
本研究提出基于孤子微梳双载波的全光太赫兹接收机，实现高速OOK无线传输，验证了其高Q因子和低误码率性能，为6G网络中的无线-光学融合提供新方案。
2025-10-26 physics.optics
Optical Kerr soliton microcombs for high bandwidth communications
本文综述光学Kerr孤子微梳在高带宽光纤通信中的发展，介绍锁相、锁模方法及其突破petabit/s的传输能力，并讨论挑战与机遇。
2025-05-15 physics.app-ph physics.optics
Beyond 350 GHz: Single-channel 112 Gbps photonic wireless transmission at 560 GHz using soliton microcombs
Institute of Post-LED Photonics (pLED), Tokushima University（德岛大学后发光二极管光子学研究所）；Graduate School of Sciences and Technology for Innovation, Tokushima University（德岛大学创新科学技术研究生院）；Tokushima Prefectural Industrial Technology Center（德岛县产业技术中心）；Center for Higher Education and Digital Transformation, University of Yamanashi（山梨大学高等教育与数字化转型中心）；National Institute of Information and Communications Technology（信息通信研究机构）；Department of Electrical and Mechanical Engineering, Nagoya Institute of Technology（名古屋工业大学电气机械工程系）；Department of Electrical, Electronic and Computer Engineering, Gifu University（岐阜大学电气电子计算机工程系）；Institute of Photonics and Human Health Frontier (IPHF), Tokushima University（德岛大学光子学与人类健康前沿研究所）；Institute for Photon Science and Technology, The University of Tokyo（东京大学光子科学与技术研究所）
利用soliton微梳在560GHz实现单通道112Gbps光子无线传输，突破传统光混合限制，提升太赫兹通信速率与稳定性。
2025-10-20 physics.optics
Single photonic perceptron based on a soliton crystal Kerr microcomb for high-speed, scalable, optical neural networks
光学人工神经网络（ONN）是为机器学习量身定制的模拟计算硬件，具有超高计算速度和能源效率的巨大潜力。我们提出了一种新的方法来架构ONNs的基础上集成克尔微梳源，是可编程的，高度可扩展的，并能够达到超高速。我们通过实验证明了ONN的构建块，单神经元感知器，通过将突触映射到49个波长的微梳上，以实现每FLOP 8位的11.9 Giga-FLOPS的高单位吞吐量，相当于95.2 Gbps。我们在简单的标准基准数据集上测试了感知器，手写数字识别和癌细胞检测，分别达到了90%和85%以上的准确率。这种性能是相干集成微梳光源的创纪录的小波长间隔（49 GHz）的直接结果，这导致神经形态光学的波长数量前所未有。最后，我们提出了一种使用相同的单个微梳设备和标准现成的电信技术将感知器扩展为深度学习网络的方法，用于涉及全矩阵乘法的高吞吐量操作，例如用于无人驾驶车辆和飞机跟踪的实时海量数据处理。
2020-03-03 cs.ET physics.optics
Kerr optical frequency division with integrated photonics for stable microwave and mmWave generation
本研究利用集成光子器件和Kerr光学分频技术，基于CMOS兼容SiN线圈腔与孤子微梳，实现了一种超低相位噪声的集成毫米波振荡器，创下了相位噪声新低，并极大简化了集成OFD振荡器的实现。
2024-02-19 physics.app-ph physics.optics
