這篇論文名為“Photonic microwave generation in the X- and K-band using integrated soliton microcombs”，展示的是由Tobias J. Kippenberg領(lǐng)導(dǎo)的EPFL（瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院）研究小組演示的脈沖重復(fù)頻率低至10GHz的集成孤子微梳。論文第一作者是劉駿秋（0800）。何吉駿（中國科大0938校友）則名列共同第一作者。華人合作者還有上海大學(xué)郭海潤教授。
在現(xiàn)在的信息社會，無線網(wǎng)絡(luò)、電信、雷達(dá)等電信和微波信號的合成、分發(fā)和處理無處不在。目前的趨勢是使用高頻段的載波，尤其是5G和 "物聯(lián)網(wǎng) "等需求帶來的帶寬瓶頸的出現(xiàn)，使得載波的使用成為了趨勢。在這種背景下，一門新興的交叉學(xué)科：微波光子學(xué)（Microwave photonics）孕育而生，其將光電子技術(shù)和微波技術(shù)結(jié)合起來，突破了當(dāng)前信號處理的瓶頸限制，使得高頻段的信號合成，分發(fā)和處理成為可能。
微波光子學(xué)的一個重要組成部分是光學(xué)頻率梳，它可以提供數(shù)百條等距且相干的激光線。它們是具有穩(wěn)定重復(fù)率的超短光脈沖，精確地對應(yīng)于梳齒線的頻率間隔。脈沖的光電檢測產(chǎn)生微波載體。
近年來，由連續(xù)波激光器驅(qū)動的非線性微諧振器產(chǎn)生的芯片級頻率梳取得了重大進(jìn)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(xué)微諧振器內(nèi)部循環(huán)的超短相干光脈沖。因此，這些頻率梳通常稱為“孤子微梳”。
產(chǎn)生孤子微梳需要非線性光學(xué)微腔，這些光學(xué)微腔具有體積?、能耗低、可控度?等特點(diǎn)。特別是，通過利?半導(dǎo)體納?微加?技術(shù)，光學(xué)微腔可以在集成材料中實(shí)現(xiàn)。這些材料包括氮化硅，硅，?氧化硅，氮化鋁，鈮酸鋰，砷化鋁鎵等。其中， 由于氮化硅在通訊1550 nm波段沒有雙光?吸收，同時也是集成光學(xué)主流三?平臺之?（硅，磷化銦，氮化硅），是目前最成熟的芯片頻率梳平臺?；谛?集成微腔的光頻率梳僅毫米尺寸，?產(chǎn)成本低，適?于?業(yè)化?量成產(chǎn)，有望在未來成為光頻率梳的主流平臺。
EPFL小組實(shí)現(xiàn)了足夠低的光學(xué)損耗，以允許光在直徑僅為1微米或比人發(fā)小100倍的波導(dǎo)中傳播近1米。該損耗水平仍比光纖中的損耗水平高三個數(shù)量級以上，但代表了迄今為止對于集成非線性光子學(xué)而言任何嚴(yán)格限制的波導(dǎo)中的最低損耗。
如此低的損耗是EPFL科學(xué)家開發(fā)的一種新制造工藝的結(jié)果，即“氮化硅光子Damascene工藝”。 該工藝的研發(fā)和氮化硅芯片的制造全部于瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的微納米技術(shù)中心（CMi）完成。
這種超低損耗氮化硅波導(dǎo)，也使得集成微腔光頻梳能夠應(yīng)用在一些新興的領(lǐng)域。最新一期的《Nature》雜志就以封面形式重點(diǎn)報道了該課題組基于氮化硅技術(shù)的激光雷達(dá)工作“Massively parallel coherent laser ranging using soliton microcombs”。劉駿秋制備的氮化硅芯片，在此項(xiàng)工作里起到了關(guān)鍵作用。
據(jù)劉駿秋透露，基于此項(xiàng)氮化硅芯片集成頻率梳技術(shù)，瑞士聯(lián)邦理工團(tuán)隊(duì)與其美國的合作者共同開展并完成了全集成芯片頻率梳模塊的研發(fā)，和基于壓電材料的頻率梳集成聲光調(diào)制器。兩項(xiàng)工作均已被《自然》期刊接受，預(yù)計(jì)將于6月和7月相繼發(fā)表。毫?疑問，氮化硅芯?集成頻率梳正在成為?項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，將會對新興技術(shù)如芯片集成光譜儀、光原子鐘、光學(xué)相干斷層掃描等數(shù)個領(lǐng)域產(chǎn)?重要影響。
