Terahertz wave generation using a soliton microcomb
太赫兹或毫米波频带（300 GHz - 3 THz）在光谱上位于微波和红外线之间，并且在宽带无线通信、用于地球遥感的星载辐射计、天体物理学和成像中的应用引起了极大的兴趣。特别地，光学生成的THz波对于低噪声信号生成具有高度兴趣。特别地，光学生成的THz波对于低噪声信号生成具有高度兴趣。在这里，我们提出并证明了稳定的太赫兹波产生使用基于微谐振器的频率梳（微梳）。一个unitravelling-carrier光电二极管（UTC-PD）转换低噪声光孤子脉冲从微梳到太赫兹波在孤子的重复率（331 GHz）。使用自由振荡微梳时，太赫兹信号的阿伦偏差在1 s测量时间为4.5*10^-9，相位噪声在10 kHz（10 MHz）偏移频率下为-72 dBc/Hz（-118 dBc/Hz）。通过将重复频率锁定到内部氢脉泽，在平均时间为1 s和2000 s时，分别获得了9.6*10^-15和1.9*10^-17的环路分数频率稳定度，这受到脉泽参考信号的限制。此外，太赫兹信号被成功地用于执行花生太赫兹成像的原理验证演示。将单片集成的UTC-PD与片上微梳相结合，所展示的技术可以为实验室外应用的芯片级封装中的高度稳定的连续太赫兹波产生提供一条途径。特别是，这样的系统将是有用的高容量无线通信，光谱，成像，遥感和天体物理应用的紧凑型工具。
2019-08-30 physics.app-ph physics.optics
Coherent satellites in multi-spectral regenerative frequency microcombs
多光谱频率梳为激光远距离光谱学、光学时钟和高容量光通信提供了前沿架构。频率微梳由于其高质量的谐振特性和固有的三阶非线性极化率，在频率测量和频率合成中发挥了重要作用。然而，微梳通常具有有限的光谱带宽，其由固有的二阶色散和因此在光谱边缘处的低强度限定。为了增强频率梳的应用，通常需要频谱宽的梳产生方案。在这里，我们报告相干卫星集群在多光谱再生频率微梳增强强度的倍频程点和工程频率跨度。除了传统的参数振荡带宽，再生卫星有利于高阶色散控制，允许在微腔中的多相位匹配。多光谱再生卫星的频率跨度通过在C-和L-波段泵浦而被确定性地控制在57 THz至126 THz。我们证明了再生卫星通过非线性参量过程保持了与中心梳的相干性。我们进一步展示了卫星过渡动力学的镜像外观，包括在中央梳同时观察到的每个梳状态。这些多光谱再生卫星扩展了基于参数的频率梳的范围，并提供了一个独特的平台，具有广泛的应用。
2019-12-02 physics.optics
Photonic RF Channelization Based on Microcombs
本文综述基于集成微谐振器频率梳的微波光子射频信道化技术，总结研究进展、优势、挑战及在片上硅基光子学中的发展前景。
2024-01-18 physics.app-ph physics.optics
Transmission of signals in the 300 GHz band with a bit-error rate below ${10}^{-9}$ using a soliton comb
Keio University（庆应义塾大学）
本文首次在300 GHz频段利用硅氮化物微环谐振器生成的孤子微梳实现无误码10 Gbps传输，展示了低复杂度THz链接的可行性。
2026-05-13 physics.optics
A microresonator frequency comb optical clock
光学频率梳使测量精度达到第20位，精度完全与其基准振荡器相当。利用非线性参量光学在微谐振腔中产生超紧凑的频率梳是一个新的实验方向。我们把这些称为微梳，在这里，我们报告了一个基于硅芯片的微梳光学时钟，相位相干转换的光频参考微波信号。用直径为2 mm的石英圆片产生了25 THz的低噪声梳状谱，并在非线性光纤中展宽。通过控制分开的两个齿108模式，该频谱被稳定到分开3.5THz的铷频率基准。光学时钟输出是电子计数的33 GHz微梳线间距，其具有比铷跃迁好108倍的预期绝对稳定性。我们的工作展示了一套全面的工具所需的接口微梳国家的最先进的光学时钟。
2013-09-13 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
A squeezed quantum microcomb on a chip
基于光学微谐振器的频率梳（微梳）为非线性物理研究提供了一个通用的平台，并具有广泛的应用范围从计量学到光谱学。确定性量子机制是微梳的一个未开发的方面，其中数百个等距频率模式之间的无条件纠缠可以作为可扩展的通用量子计算和量子网络的关键成分。在这里，我们展示了一个确定性的量子微梳在硅芯片上的二氧化硅微谐振器。40个连续可变的量子模式，在20个同时双模压缩梳对的形式，观察到在1太赫兹的光跨度在电信波长。最大原始压缩为1.6dB。提出了一种高分辨率的量子微梳频率等间距光谱测量方法。我们的演示提供了利用确定性生成的频率复用量子态和集成光子学在光谱学、量子精密测量和可扩展的量子信息处理领域开辟新途径的可能性。
2021-03-04 physics.optics quant-ph
Dispersion-managed octave soliton microcombs in heterostructured microresonators
Tsinghua University（清华大学）
本研究提出异质结构微谐振器宽带色散管理策略，制备氮化硅微谐振器生成低重复频率倍频程孤子光频梳，可应用于光钟等领域。
2026-08-11 physics.optics
Photonic RF channelizer based on a 90 wavelength optical soliton crystal 49GHz Kerr microcomb
我们报告了一个宽带射频（RF）信道化器与多达92个通道使用一个相干的微梳源。利用49 GHz微环谐振器（MRR）产生的孤子晶体微梳作为多波长光源。由于其超低的梳齿间距，在C波段可使用多达92个波长，从而产生宽的工作带宽。另一个高Q MRR被用作无源光学周期滤波器，以121.4MHz的高分辨率对RF频谱进行切片。我们通过实验实现了8.08 GHz的瞬时RF工作带宽，并通过热调谐验证高达17.55 GHz的RF信道化。我们的方法是朝着单片集成光子RF接收机迈出的重要一步，具有降低的复杂性，尺寸和前所未有的性能，这对于从宽带模拟信号处理到数字兼容信号检测的广泛RF应用非常重要。
2020-04-20 eess.SP physics.app-ph 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
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
Dual-polarization RF Channelizer Based on Kerr Soliton Microcomb Sources
本文提出一种基于克尔孤子微梳的双偏振RF信道化器，通过游标效应和双偏振态将宽频RF频谱分割为多个数字兼容频段，实现高分辨率信道化，为单片集成光子RF接收器奠定基础。
2024-03-14 eess.SP 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
Photoconductive receivers at 1030 nm for high average power pulsed THz detection
该研究针对高平均功率脉冲太赫兹源适配探测器不足的问题，研发了1030 nm波段优化的ErAs:InAlGaAs光电导接收器，在20 mW太赫兹功率、120秒测量下实现超115 dB动态范围，并提出提升至150 dB的方向。
2023-08-03 physics.optics
Vernier Microcombs for Integrated Optical Atomic Clocks
本文提出游标双微梳方案，将871 nm超窄线宽激光分频至约235 MHz，并抑制干涉相位噪声，为芯片级光学原子钟提供关键技术支撑。
2023-09-21 physics.optics
Mechanical control of a microrod-resonator optical frequency comb
光学频率梳的鲁棒控制和稳定使得科学和技术应用的范围非常广泛，包括极高精度的频率计量、量子气体和从可见波长到远红外的分子的新型光谱学、系外行星的搜索以及光子波形合成。在这里，我们报告的稳定的微谐振器为基础的光梳（微梳）的机械驱动的方式。这代表了微梳技术发展的重要一步，为完全集成的梳系统提供了一条途径。我们的32.6 GHz的微梳线间距的剩余波动达到1秒平均值的$5\times10^{-15}$的记录稳定性水平，从而突出了微梳支持现代光频率标准的潜力。此外，相对于一个独立的频率参考的线间距的测量揭示了有效的稳定的不同的频谱切片的梳与$<$ 0.5兆赫的变化之间的140梳线跨越4.5太赫兹。这些实验进行了新开发的微棒谐振器，这是使用CO $_2$ -激光加工技术制造。
2012-05-18 physics.optics quant-ph
Terahertz Receiver based on Room-Temperature Rydberg-Atoms
实现实用化的太赫兹无线通信仍面临许多挑战。高灵敏度的接收机是太赫兹无线通信的重要组成部分。在这里，我们展示了太赫兹接收器的基础上的铯里德伯原子在室温蒸气室。标定了最小可探测THz电场。利用该接收器，执行振幅调制或频率调制的太赫兹波到光信号的相敏转换。结果表明，原子接收器由于其量子特性而具有许多优点。特别是，使用该接收机可以实现长距离THz无线通信。此外，原子接收机可以用于太赫兹无线到光链路。
2022-08-06 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Wireless THz link with optoelectronic transmitter and receiver
光子学可能在未来以太赫兹载波频率运行的无线通信系统中发挥关键作用。一个主要的例子是通过在高速光电探测器中混合光信号来产生THz数据流。在过去的几年里，这一概念已经实现了一系列创纪录的高数据速率无线传输实验。然而，在这些实验中，THz信号的接收仍然依赖于电子电路。在本文中，我们表明，无线太赫兹接收器也可以大大受益于光电信号处理技术，特别是当载波频率超过0.1太赫兹和宽带可调谐性超过一个倍频程是必需的。我们的方法依赖于一个高速光电导体和一个光子本地振荡器的太赫兹数据信号的光电下变频到一个中频带，这是很容易通过传统的微电子。通过调谐光子本振器的频率，我们可以覆盖0.03 THz和0.34 THz之间的宽范围的载波频率。我们演示了高达10 Gbit/s的单通道和高达30 Gbit/s的多个通道上的距离为58米的线速率。据我们所知，我们的实验代表了THz传输链路的第一次演示，该传输链路在发射器和接收器处都利用了光电信号处理技术。
2019-01-10 physics.app-ph physics.optics
Towards a compact soliton microcomb fully referenced on atomic reference
本研究提出一种直接以铷原子光学频率参考为泵浦源、通过机械调谐锁定重复频率的紧凑型全稳定孤子微梳，实现了与原子参考一致的梳线稳定性（约4 Hz @100 s）及六天内10 kHz的频率可重复性，为低功耗紧凑型全稳定微梳提供了新方案。
2023-10-13 physics.atom-ph physics.optics
Correlating Quasi-Optical Coupling Efficiency with Measured Receiver Noise Temperature in Metalens Coupled THz HEB Mixer
State Key Laboratory of Materials for Integrated Circuits（集成电路材料国家重点实验室）
通过球坐标矢量积分分析平面硅金属透镜与对数螺旋天线的准光耦合，将耦合效率与实测接收机噪声温度关联，建立金属透镜聚焦效率、天线耦合与噪声温度间的定量关系。
2026-07-09 physics.ins-det physics.optics
Three-dimensional hyperspectral imaging with optical microcombs
本文提出利用光学微梳实现三维高光谱成像，可同时获取颗粒物的化学身份与三维几何信息，并以高速、无标记方式实现微塑料等污染物的实时检测与表征。
2025-08-25 physics.app-ph physics.chem-ph physics.ins-det
Integrated frequency-modulated optical parametric oscillator
本文提出集成频率调制光学参量振荡器（FM-OPO），结合电光与参量放大，在薄膜铌酸锂平台上实现泵浦到梳内转换效率超93%、约1000个模式带宽的微梳，为小型化精密测量与光谱学提供新途径。
2023-07-09 physics.optics quant-ph
Dual chirped micro-comb based parallel ranging at megapixel-line rates
基于激光的测距（LiDAR）-已经普遍用于工业监测、大气动力学或大地测量学-是关键的传感器技术。与飞行时间方法相比，相干激光测距不受环境光的影响，操作连续波允许更高的平均功率，并且产生同时的速度和距离信息。最先进的相干单激光探测器架构达到每秒数百千像素的速率。自动驾驶、机器人和增强现实等新兴应用要求每秒百万像素点采样以支持实时视频速率成像。然而，这种相干激光雷达的速率尚未得到证明。在这里，我们报告扫描双孤子微梳技术，使相干测距和测速每秒百万像素线扫描测量速率高达64光谱色散的光学通道。它基于基于光子芯片的微梳的最新进展，提供了一种解决方案，以降低发射机和接收机侧的复杂性。多外差两个同步频率调制的微梳产生的距离和速度信息的所有个人的测距通道上的一个单一的接收器减轻个人的分离，检测和数字化的需要。所报道的LiDAR实现是硬件高效的，与光子集成兼容，并展示了光通信和计量技术融合所提供的采集速度的显着优势。我们期望我们的研究将激发在线性和非线性光谱学，光学相干层析成像的邻近领域的扫频微谐振器双梳方法的进一步研究。
2021-10-10 eess.IV physics.app-ph physics.optics
High-Speed Graphene-based Sub-Terahertz Receivers enabling Wireless Communications for 6G and Beyond
针对6G及未来无线通信的容量需求，本文提出基于石墨烯的紧凑型亚太赫兹接收器，通过谐振腔设计提升性能，实现了数Gbps速率、40GHz带宽，可满足6G的SWaP要求，支持短距高速通信场景。
2024-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A novel terahertz time-domain spectroscopic endoscope based on a single photoconductive antenna chip
基于光电导天线（PCA）的太赫兹时域光谱（THz-TDS）需要两个独立的PCA芯片。一个PCA用作发射器，另一个用作接收器。对于反射式测量，通常需要“衰减全反射”技术来提高反射灵敏度。这使得反射式测量的系统体积庞大且复杂。在本文中，我们提出了一种新的太赫兹TDS内窥镜，是专门设计用于反射型测量。这种THz-TDS内窥镜得益于集成光电导天线（我们称之为iPCA），它将发射器和接收器集成在单个天线芯片上。因此，内窥镜的尺寸可以尽可能地缩小以用于实际使用。详细介绍了该太赫兹TDS内窥镜的设计和工作原理。这为太赫兹时域光谱在生物医学领域的应用开辟了一条新的途径。
2013-12-14 physics.optics
Soliton Microcomb Generation in a III-V Photonic Crystal Cavity
本文提出在高折射率、高 Kerr 非线性的磷化镓光子晶体 Fabry-Pérot 腔中利用啁啾镜实现反常色散，并在 23.6 mW 亚谐波脉冲泵浦下产生稳定的 3.0 THz、60 fs 孤子微梳。
2023-04-27 physics.optics
Silicon-plasmonic integrated circuits for terahertz signal generation and coherent detection
光电信号处理为产生和检测THz范围内的超宽带波形（所谓的T波）提供了巨大的潜力。然而，底层高速光电二极管和光电导体的制造仍然依赖于使用专用III-V族半导体衬底的复杂工艺。这严重限制了当前T波发射器和接收器的应用潜力，特别是当涉及到将光子信号处理与光电转换结合到THz频率的高度集成系统时。在本文中，我们表明，这些限制可以克服等离子体激元内部光电发射探测器（PIPED）。PIPED可以在硅光子平台上实现，因此可以利用相关器件组合的巨大机会。在我们的实验中，我们演示了T波信号的产生和相干检测的频率高达1太赫兹。为了证明我们的概念的可行性，我们单片集成一个PIPED发射器和PIPED接收器上的一个共同的硅光子芯片，并使用它们来测量集成的T波设备的复杂的传输阻抗。
2018-02-23 physics.optics
THz-to-Optical Conversion in Wireless Communications Using an Ultra-Broadband Plasmonic Modulator
未来的无线通信网络必须处理每条链路数十甚至数百Gbit/s的数据速率，这需要未分配的太赫兹（THz）频谱中的载波频率。在这种情况下，THz链路与现有光纤基础设施的无缝集成对于通过光传动系的可靠和几乎无限的容量来补充无线网络的固有便携性和灵活性优势是非常重要的。在技术层面上，这需要新的设备和信号处理概念，用于THz和光域之间的数据流的直接转换。在这里，我们报告的第一个演示的太赫兹链路，无缝集成到光纤网络使用直接太赫兹到光（T/O）转换在无线接收器。我们利用一个超宽带硅等离子体调制器具有超过0.36太赫兹的3 dB带宽的T/O转换的50 Gbit/s的数据流，在0.2885太赫兹载波上传输超过16米长的无线链路。无线发射机的光-太赫兹（O/T）转换依赖于单向传播载波光电二极管中的光混合。
2018-11-06 physics.app-ph physics.optics
A 3.5-THz, x6-Harmonic, Single-Ended Schottky Diode Mixer for Frequency Stabilization of Quantum-Cascade Lasers
高效、紧凑的频率转换器对于太赫兹源的频率稳定是必不可少的。在本文中，我们提出了一个3.5太赫兹，x6谐波，集成肖特基二极管混频器工作在室温下。所设计的频率转换器是基于一个单端，平面肖特基二极管与亚微米的阳极接触面积上的悬浮2- $μ$ m超薄GaAs衬底定义。直流接地阳极垫与射频E面探头相结合，形成了一个电气紧凑的电路。在200 MHz中频，测量到混频器转换损耗约为59 dB，锁相3.5 THz量子级联激光器的信噪比约为40 dB。利用准静态二极管模型结合电磁仿真，得到了与测量结果很好的一致。无需低温冷却的谐波变频器将有助于实现高灵敏度的空间和空中外差接收机。
2021-08-29 physics.ins-det physics.optics
Dual-mode microresonators as straightforward access to octave-spanning dissipative Kerr solitons
本文提出一种双模微谐振器设计策略，通过约10 GHz模式间隔稳定孤子形成，无需辅助激光或射频元件，实现了跨1.5倍频程的单孤子确定性生成及高重复频率孤子晶体，为简化芯片级自参考频率梳提供了关键方案。
2022-02-20 physics.optics
A 3.584 Tbps coherent receiver chip on InP-LiNbO3 wafer-level integration platform
本文开发了可扩展的InP-LiNbO3晶圆级异质集成平台，实现带宽140 GHz的超高速光电二极管和总容量3.584 Tbit/s的七通道相干接收芯片，为Pbps级数据中心互连及毫米波/太赫兹应用提供可行路径。
2025-05-06 physics.app-ph physics.optics
Optical vector analysis with attometer resolution, 90-dB dynamic range and THz bandwidth
具有获得幅度和相位响应能力的光学矢量分析（OVA）对于新兴光学器件的制造和应用至关重要。然而，传统的OVA往往不得不在分辨率、动态范围和带宽之间做出折衷。基于调制的光学伏安法具有超高的分辨率，但由于调制非线性、微波和光电子器件的使用限制了测量带宽，以及小信号调制或高阶边带限制了对深陷波光学器件的测量，使其存在测量误差。提出了一种基于非对称光探针信号发生器（ASG）和接收器（ASR）同时满足超宽带、超高分辨率和超大动态范围测量要求的方法。ASG和ASR的使用不仅使测量范围扩大一倍，而且消除了调制非线性带来的测量误差。ASG中的最佳信号调制和巨大的边带抑制比实现了超大的动态范围。由于ASG和ASR的波长无关性，通过应用N-音光学频率梳（OFC），测量范围可以增加到2N倍，而无需复杂的操作。在实验中，OVA的记录分辨率为334 Hz（在1550 nm波段为2.67 attometer），动态范围>90 dB，测量范围为1.025 THz。
2019-02-16 physics.ins-det physics.optics
Topographically anisotropic photonics for broadband integrated polarization diversity
综合极化接收机有可能成为新一代轻型、高性能遥感仪器。到目前为止，由于基本的设计限制，诸如偏振分束器的片上偏振选择器件甚至还没有接近必要的性能。在这里，我们提出，模拟和实验证明了一种方法，用于实现空间映射到集成光子电路的双折射，被认为是拓扑各向异性光子学。利用这种鲁棒性和宽容差的方法，可以构造具有强偏振相关模态特性和最小波长依赖性的器件。集成偏振分束器（PBS）实现了前所未有的性能：创纪录的0.52倍频程分数带宽（116 THz），最大插入损耗为1.4 +/- 0.8 dB，最小消光比为16 +/- 3 dB，将其推向宽带光谱和成像应用领域。此外，新型的光子结构，如偏振选择性波束抽头和偏振选择性微波谐振器的演示，使新的片上偏振接收器架构。
2017-02-19 physics.optics
An integrated photonic millimeter-wave receiver with sub-ambient noise temperature
Institute of Physics, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理研究所）；Center of Quantum Science and Engineering, EPFL（洛桑联邦理工学院量子科学与工程中心）；Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海微系统与信息技术研究所）；Department of Electrical Engineering, Colorado School of Mines（科罗拉多矿业大学电气工程系）
本文提出一种基于光子集成电路的毫米波接收机，实现250K噪声温度，展示了腔体电光转换的热噪声限制，并证明了光子集成在低噪声和抗电磁干扰方面的优势。
2026-11-03 physics.optics quant-ph
Fiber-coupled Antennas for Ultrafast Coherent Terahertz Spectroscopy in Low Temperatures and High Magnetic Fields
为了测量相关电子材料在低温和高磁场下的高频复电导率，介绍了一种直接在现有直流和脉冲磁体的低温孔中进行相干时域太赫兹光谱的方法。微型光纤耦合太赫兹发射器和接收器的构造和证明工作低至1.5开尔文和高达17特斯拉，最终用于高场磁体。在热循环过程中保持光纤和天线之间的亚微米对准，在长光纤末端获得超快（${<200}$ ~fs）光选通脉冲，以及设计与低功率光选通脉冲良好工作的高效器件构成了该项目的主要技术挑战。给出了YBCO超导薄膜和高迁移率二维电子气的实验数据。
2002-04-04 physics.ins-det physics.optics
