无铜光芯片中的稳定光频梳

基于微谐振器的芯片级光频梳（简称微梳）具有吉赫兹至太赫兹级的重复频率、宽带宽、小巧的尺寸以及与晶圆级制造工艺的兼容性。氮化硅（Si₃N₄）光子集成电路已成为该领域的领先平台，目前几乎所有系统级演示都采用了这种电路，应用范围涵盖光通信、并行激光雷达、光频率合成、低噪声微波产生以及并行卷积处理等。然而，将其从实验室过渡到实际应用面临着一个难题，即确定性孤子微梳的产生困难，这主要是由强烈的热不稳定性引起的。尽管已开发出多种孤子产生启动技术，如脉冲泵浦、快速扫描和辅助激光泵浦等，但这些技术无法消除热效应，且往往会通过增加额外复杂性或缩小可及的孤子存在范围来影响微梳性能。本研究成功克服了热效应，并在氮化硅光子集成电路中实现了确定性孤子产生。研究发现，热效应源于波导中意外存在的铜杂质，这些杂质来自CMOS级硅晶圆中的残留污染物，并在制造过程中被吸收入氮化硅中。通过开发铜去除技术，研究团队大幅降低了铜浓度，从而缓解了热效应。他们实现了在任意激光扫描轮廓和慢速激光扫描下的耗散克尔孤子产生。这些技术可直接应用于代工厂中氮化硅器件的前段工艺，为孤子微梳技术的实际部署扫除了一个关键障碍。