（文章來源：教育新聞網）

在我們的信息社會中，無線電和微波信號的合成，分發和處理在無線網絡，電信和雷達中無處不在。當前的趨勢是在更高的頻帶中使用載波，尤其是由于對5G和“物聯網”的需求而出現帶寬瓶頸時。微波工程學和微波電子學的結合可能會提供解決方案。

微波光子學的一個重要組成部分是光學頻率梳，它可以提供數百條等距且相干的激光線。它們是具有穩定重復率的超短光脈沖，精確地對應于梳齒線的頻率間隔。脈沖的光電檢測產生微波載體。近年來，由連續波激光器驅動的非線性微諧振器產生的芯片級頻率梳取得了重大進展。這些頻率梳依賴于耗散的Kerr孤子的形成，這些孤子是在光學微諧振器內部循環的超短相干光脈沖。因此，這些頻率梳通常稱為“孤子微梳”。

產生孤子微梳需要非線性微諧振器，這些諧振器可以使用CMOS納米制造技術直接構建在芯片上。與電子電路和集成激光器的集成，為梳理小型化鋪平了道路，從而允許在計量，光譜學和通信領域進行大量應用。

由Tobias J. Kippenberg領導的EPFL研究小組在《自然光子學》上發表的論文現已展示出重復頻率低至10 GHz的集成孤子微梳。這是通過大大降低基于氮化硅的集成光子波導的光損耗來實現的，氮化硅是一種已在CMOS微電子電路中使用的材料，并且在最近十年中也已用于構建在激光上導引激光的光子集成電路。芯片。

科學家能夠制造出在任何光子集成電路中損耗最低的氮化硅波導。使用這項技術，所產生的相干孤子脈沖在微波K-(約20 GHz，用于5G)和X波段(約10 GHz，用于雷達)中均具有重復率。所產生的微波信號具有與商用電子微波合成器相同甚至更低的相位噪聲特性。集成孤子微梳在微波重復頻率上的演示橋接了集成光子學，非線性光學和微波光子學的領域。

EPFL小組實現了足夠低的光損耗，以至于光在直徑僅為1微米的波導中傳播近1米，其直徑是人類頭發的100倍。該損耗水平仍比光纖中的損耗水平高三個數量級以上，但代表了迄今為止對于集成非線性光子學而言任何嚴格限制的波導中的最低損耗。

如此低的損耗是EPFL科學家開發的一種新制造工藝的結果，即“氮化硅光子大馬士革工藝”。該論文的第一作者，也領導氮化硅制造的劉俊秋說：“當使用深紫外步進光刻技術進行該工藝時，就低損耗而言，它確實提供了驚人的性能，而傳統的納米制造技術則無法實現這種低損耗。” EPFL MicroNanoTechnology(CMi)中心的納米光子芯片。“這些微梳及其微波信號可能是為未來的雷達和信息網絡架構構建完全集成的低噪聲微波振蕩器的關鍵要素。”

EPFL團隊已經在與美國的合作者合作，開發結合了芯片級半導體激光器的混合集成孤子微梳模塊。這些高度緊湊的微梳子可以影響許多應用，例如數據中心中的收發器，LiDAR，緊湊的光學原子鐘，光學相干斷層掃描，微波光子學和光譜學。
（責任編輯：fqj）