小暖男石头哥|又一世界纪录！中科大08级少年班学者取得氮化硅波导重大突破( 二 )
图｜光学频率梳的发展趋势 。 （来源：杨起帆）
此次 ， 研究团队成功制作了与光源集成的孤子微梳 ， 并首次证明 “启钥” 运行 ， 只需打开激光器开关 ， 孤子微梳就可以进入锁模状态并保持稳定运行 ， 大大简化了以往复杂的启动步骤 。
与以往复杂的激光频率快速扫频和双激光补偿方式不同 ， “启钥” 具有极高的稳定性和可重复性 ， 且无需外界反馈控制 。 同时 ， “启钥” 式孤子微梳的激发既不需要十分耗能的电子控制电路 ， 也不需要难以集成的光学隔离器 。 对此 ， 研究团队表示 ， 这是光学频率梳技术从实验室迈向日常生活应用的 “奠基性一步” 。
值得关注的是 ， 此次突破性研究得以成功的关键因素来自刘骏秋研制的 “氮化硅光子大马士革工艺” 。 刘骏秋表示 ， 这一工艺代表着当前氮化硅超低损耗波导的最高水平 。
这一全新的氮化硅纳米微加工工艺技术 ， 由刘骏秋研发 ， 其氮化硅波导的损耗接近 1 dB/m ， 是目前所有集成波导材料中超低损耗的世界纪录 。 该研究已于 4 月 20 日发表在《自然光子学》（Nature Photonics）杂志上 。
“我们现在做的氮化硅非线性波导的损耗是全世界最低的 ， 我们可以将其与半导体激光器结合在一起 ， 因为激光器的输出功率是有限的 ， 如果氮化硅的损耗没有现在这样低 ， 孤子微梳是不可能在那么低的功率下产生的 。
另外 ， 因为损耗低 ， 我们可以把孤子微梳的重复频率做低 ， 别人用一瓦的功率产生 10 条线 ， 我们可以产生 100 条 。 信号数量越多 ， 容量就越大 ， 在通信当中的优势就越大 。
有了氮化硅这个技术 ， 我们可以做很多事情 ， 现在国内资源很好 ， 业内专家也很多 ， 我觉得国内是有条件建立和发展这个技术的 ， 甚至做的更好 。 ” 刘骏秋说 。
根据论文的描述 ， 研究团队依托该先进工艺 ， 在国际上首次实现了微波 K 波段（10 GHz ， 雷达波段）和 X 波段（20 GHz ， 5G 通信波段）重复频率的芯片集成频率梳 ， 所产生的微波信号具有与商用电子微波合成器同等甚至更低的相位噪声特性 。
对此 ， 刘骏秋表示 ， “将深紫外步进光刻技术、刻蚀和化学机械抛光等技术用于氮化硅波导的研制 ， 所产出的芯片波导损耗远低于传统纳米加工技术 ， 这使得大规模商业化生产成为可能 。 ”
这种超低损耗氮化硅波导 ， 也使得集成微腔光频梳可以应用在一些新兴的领域 。 5 月 14 日 ， 《自然》（Nature）杂志以封面文章的形式重点报道了刘骏秋所在的瑞士课题组基于氮化硅技术的激光雷达工作 。
根据论文的描述 ， 研究团队利用氮化硅微腔光频梳技术实现了一种新型的超大规模并行相干激光雷达 ， 可以利用孤子微梳一次实现近 30 个独立的相干激光雷达信道 ， 并同时测量待测物体的距离和速度信息 。
在刘骏秋看来 ， 在一些非常极端的情况下 ， 这种新型超大规模并行的相干激光雷会有独有的优势 ， “它产生的 30 个信号之间是彼此相干的 ， 通过 30 个信号之间的信号处理 ， 其精度可以比传统激光雷达好很多 。 ”
“激光雷达只是氮化硅孤子微梳的一个应用方向 ， 我们的核心技术就是非线性超低损耗氮化硅波导芯片 ， 在这一核心技术上 ， 孤子微梳是一种新型光源 ， 我们可以将孤子微梳应用在很多领域 。 ”
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