2025年1月22日，中科院上海微系统与信息技术研究所欧欣研究团队与美国科罗拉多大学Gabriel Santamaria Botello教授、瑞士洛桑联邦理工学院Tobias J. Kippenberg教授团队合作，在基于绝缘体上钽酸锂单晶薄膜的电光频率梳芯片研究上再次取得了重要研究进展。相关工作 “Ultrabroadband integrated electro-optic frequency comb in lithium tantalate” 在国际顶级期刊《Nature》上发表。该工作上海微系统所欧欣研究员、美国科罗拉多大学Gabriel Santamaria Botello教授、瑞士洛桑联邦理工学院Tobias J. Kippenberg教授为通讯作者。
图1 超宽谱的钽酸锂电光频率梳研究论文
光学频率梳技术在精密测量、微波合成和天文光谱观测等领域有着广泛的应用，相关技术于2005年获得诺贝尔物理学奖。早期的光频梳系统体积大且成本昂贵，当前的研究前沿之一在于如何将这一技术在芯片尺度上实现，从而推动更加广泛的应用。借助晶体的电光效应实现微波驱动的光频拓展是集成光频梳的主要技术方案之一，然而，由于传统电光材料双折射过强，并且传统的微波电路设计能量利用率低两个问题，导致集成电光频率梳光谱带宽较低，限制了这一技术的实际应用。
合作团队基于上海微系统所和EPFL团队前期共同构建的钽酸锂薄膜集成光子材料与工艺技术[Nature 629, 784–790 (2024)]，挖掘了钽酸锂在低双折射效应特性上的优势，并结合微波谐振电路的设计优化，实现了跨度超过450nm、谱线超过2000条的集成电光频率梳；与传统技术对比，钽酸锂电光频率梳不仅将器件缩小至1cm²内，还同时将谱宽拓展了4倍、功效提升了16倍。合作团队还证明了钽酸锂电光频率梳的启钥（turnkey）式开启，并具有大范围的稳定可调性能。超宽谱的钽酸锂电光频率梳下一代芯片级的多光源相干通信、芯片级光谱学和超低噪声毫米波合成提供了一个良好平台。
图2 基于单片微波与电光集成电路协同设计的EO频率梳发生器
图3 超宽谱的钽酸锂电光频率梳芯片及其器件结构图；450nm谱宽表征结果；稳定可调的启钥式钽酸锂电光频率梳。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-024-08354-4
