片上电子可调谐频率梳

激光在从现代通信和连接到生物医学和制造的各个方面发挥着至关重要的作用。然而，许多应用需要能够发出多种频率的激光 - 光的颜色 - 同时，每个激光都像梳子上的牙齿一样精确分离。

光频梳用于环境监测以检测分子的存在，例如毒素; 在天文学中寻找系外行星; 精密计量和计时。然而，它们仍然庞大且昂贵，这限制了它们的应用。因此，研究人员已经开始探索如何将这些光源小型化并将它们集成到芯片上，以满足更广泛的应用需求，包括电信，微波合成和光学测距。但到目前为止，片上频率梳在效率，稳定性和可控性方面都存在争议。

现在，来自哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)和斯坦福大学的研究人员已开发出一种高效，稳定且可通过微波高度控制的集成式片上频率梳。

该研究发表在“ 自然”杂志上。

“在光通信领域，如果你想通过小型光缆发送更多信息，你需要拥有可以独立控制的不同颜色的光线，”SEIA电气工程Tiantsai Lin教授Marko Loncar说道。这项研究的资深作者。“这意味着你要么需要一百个单独的激光器，要么需要一个频率梳。我们开发了一种频率梳，它是一种优雅，节能和集成的方法来解决这个问题。”

Loncar和他的团队使用锂铌酸盐开发了频率梳，这种材料以其电光特性而闻名，这意味着它可以有效地将电子信号转换成光信号。由于锂铌酸锂具有强大的电光特性，该团队的频率梳可以覆盖整个电信带宽，并大大提高了可调性。

“以前的片上频率梳只给了我们一个调谐旋钮，”联合第一作者Mian Zhang说，他现在是HyperLight的首席执行官，之前是SEAS的博士后研究员。“它就像一个电视，其中频道按钮和音量按钮是相同的。如果你想改变频道，你最终也会改变音量。利用铌酸锂的电光效应，我们有效地分离了这些功能和现在可以独立控制它们。“

这是通过使用微波信号实现的，允许梳子的特性 - 包括带宽，齿之间的间距，线的高度以及打开和关闭的频率 - 可以独立调节。

“现在，我们可以通过微波很简单地控制梳子的性能，”Loncar说。“这是光学工具箱中的另一个重要工具。”

“这些紧凑型频率梳特别适合作为数据中心光通信的光源，”斯坦福大学电气工程教授，该研究的另一位资深作者Joseph Kahn说。“在一个数据中心 - 实际上是一个包含数千台计算机的仓库大小的建筑物 - 光学链路形成一个网络，连接所有计算机，因此它们可以在大规模计算任务上协同工作。频率梳，通过提供许多不同颜色的光，可以使许多计算机互连并交换大量数据，满足数据中心和云计算的未来需求。

哈佛技术开发办公室保护了与该项目有关的知识产权。该研究还得到了OTD的物理科学和工程加速器的支持，该加速器为研究项目提供转化资金，这些研究项目显示出可能产生重大商业影响的潜力。