微型化、集成化是光學頻率梳在精密手持設備、通信與傳感等領(lǐng)域應用的關(guān)鍵。但集成在芯片上的微型頻率梳，需要復雜的頻率和功率調(diào)控系統(tǒng)才能使集成光頻梳正常運行。因其芯片制作工藝與CMOS器件的工藝兼容性差，光學頻率梳、調(diào)控系統(tǒng)和自適應反饋系統(tǒng)將很難集成在微型設備中，影響了光學頻率梳在通信、傳感等方面的應用前景。

由美國加州大學圣巴巴拉分校的John Bowers、美國加州理工學院的Kerry Vahala和瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院的Tobias Kippenberg領(lǐng)導的聯(lián)合研究團隊，開發(fā)除了的頻率梳創(chuàng)造出一系列均勻間隔的頻率光譜。這些頻率梳的微型版本小到足以放在芯片上，具有體積小、CMOS工藝兼容性強、性能好和穩(wěn)定性高等優(yōu)點，有望帶來新一代的原子鐘，大幅增加通過光纖傳輸?shù)?a target="_blank">信號數(shù)量以及識別星光中微小頻率變化，這些變化暗示著看不見的行星存在。

微型集成頻率梳

該研究團隊利用倒錐光纖將芯片級的分布式反饋激光器與氮化硅基底上制備的含四個高品質(zhì)因子的微環(huán)諧振腔芯片連接起來。芯片級微環(huán)諧振腔的制作工藝與現(xiàn)有的CMOS制造系統(tǒng)兼容性高。通過對激光器和梳狀微環(huán)之間的背散射反饋進行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動激光器可以在氮化硅基微環(huán)諧振腔中產(chǎn)生一系列孤子，而不需要額外的控制或反饋元件，這使得從裝置中產(chǎn)生一個頻率梳的過程，就像打開房間的燈一樣容易。該光學頻率梳系統(tǒng)不需要額外的光子和電子元件來處理啟動和反饋控制，行業(yè)標準（蝶形）封裝工藝完全滿足其封裝工藝，意味著光頻梳大規(guī)模生產(chǎn)的大門已被推開。