第一作者：Mian Zhang, BrandonBuscaino, Cheng Wang
通訊作者：Marko Lon?ar 、Joseph M. Kahn
通訊單位：哈佛大學、斯坦福大學
研究亮點：
1. 基于薄膜鈮酸鋰光子學平臺搭建了一種集成的電光調制（EO）光頻梳發生器。
2. 實現了穩定的寬頻帶的EO光頻梳，在保證色散控制的前提下，實現了高EO響應、極低光損耗、高度共局域的微波場和光場。
光頻梳前景無限
光學頻率梳是激光技術領域的重大革新，2005年，Theodor H?nsch 和John L. Hall因為對光頻梳技術的開創性工作，獲得當年諾貝爾物理學獎。光頻梳是由離散的、等間距頻率的光學分量構成，是光通信、精密測量、計時、光譜學領域十分重要的工具。
TheodorH?nsch（左） 和John Hall（右）
2005年諾貝爾物理學獎得主
近年來，光頻梳被用于在加快光纖傳輸速度方面再度引起關注。2015年，加州大學圣地亞哥分校Nikola Alic帶領的研究團隊通過“頻率梳”裝置，預測并解決了光纖傳播信息過程中的信號失真問題，在不使用中繼器的情況下，有效傳輸舉例能夠突破1.2萬公里，即可直接傳輸比通常情況強20倍的信號。2017年，來自德國卡爾斯魯厄理工學院和洛桑聯邦理工學院的研究人員（Tobias J.Kippenberg和Christian Koos團隊）在Nature上報道，采用一對氮化硅微諧振器光頻梳，以179個獨立的載波波長，可通過75公里的單模光纖傳輸50兆比特的數據，極大地提高數據傳輸質量，這相當于超過50億臺手機或者200萬路高清電視的通信容量。這些新發現將有助于帶來更快、更廉價的光纖網絡。
參考文獻：PabloMarin-Palomo, Tobias J. Kippenberg, Christian Koos et al.: Microresonator-basedsolitons for massively parallel coherent optical communications, Nature 2017,546, 274-279.
光頻梳發展的障礙
目前，寬頻帶的光頻梳通常由鎖模激光器或具有三階科爾非線性的、色散控制的諧振腔產生。此外，也可在強二階非線性諧振腔中采用電光（EO）相位調制來產生光頻梳，這種方法的優點是所得光頻梳穩定性、可控性優異。然而，先前報道的EO光頻梳存在頻帶較窄的問題，原因是自由空間通信系統中EO相互作用弱，且缺乏色散控制。
EO光頻梳新突破
有鑒于此，哈佛大學MarkoLon?ar團隊和斯坦福大學Joseph M. Kahn團隊發展了一種集成的電光調制（EO）光頻梳發生器，可產生穩定的寬頻帶光頻梳。
圖1. 集成的EO光頻梳發生器
研究人員利利用薄膜鈮酸鋰光子學平臺搭建了集成的EO光頻梳發生器，在保證色散控制的前提下，實現了高EO響應、極低光損耗、高度共局域的微波場和光場。基于實驗所測EO光頻梳的頻率范圍超過整個L波段（超過900個光頻齒，對應~10 GHz的跨度），且未來的色散控制可進一步產生跨倍頻程的光頻梳。與先前基于磷化銦和硅平臺的集成EO梳相比，該器件的梳齒寬度增加了近兩個數量級。
此外，光頻梳發生器對調制頻率失諧具有高的耐受性，在橫跨7個數量級的頻帶范圍內（10 Hz-100 MHz）可以很好的控制光頻齒的間隔；利用這個特點，作者在單諧振腔內實現了雙頻梳。
圖2. EO雙頻梳
小結
這些結果都證明集成EO光頻梳發生器能產生頻帶寬、信號穩定的梳狀譜。其優異的可重構性對于集成的科爾光頻梳是很好的補充，為光譜學、光通信等領域的應用做出了重要推動作用。
參考文獻
Mian Zhang, Brandon Buscaino,Cheng Wang, Amirhassan Shams-Ansari, Christian Reimer, Rongrong Zhu, Joseph M.Kahn & Marko Lon?ar. Broadband electro-optic frequency combgeneration in a lithium niobate microring resonator. Nature, 2019.
DOI: 10.1038/s41586-019-1008-7
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1008-7
