近日，南边科技年夜学深港微电子学院赵出息助理传授课题组于绝缘体上磷化镓集成光学微腔色散调控范畴取患上新进展，研究结果接踵于国际光学集会2022 IEEE 7th Optoelectronics Global Conference及2022 Asia Co妹妹unication and Photonics Conference上，以和传统光学期刊Journal of the Optical Society of America B上发表。

光学频率梳（Optical Frequency Comb）是指于频谱上由一系列等间距且具备优良的相关不变性的频率份量构成的光谱，于光通讯、量子光学、原子钟、周详光谱、频率合成及周详间隔丈量等诸多范畴具备广泛的运用。传统基在飞秒锁模激光器的光频梳体系因为体积重大、耗电量年夜、价格昂贵，拦阻了其进一步商用及财产化成长。使用进步前辈的片上集成光子技能来实现光频梳微型化可以降低光频梳器件的尺寸、功耗及成本，促成光频梳器件的成长与运用。

绝缘体上磷化镓是研究非线性集成光子器件的新奇平台。今朝外洋磷化镓光频梳微环谐振腔受限在质料色散，孕育发生的光频梳带宽有限。针对于这一问题，赵出息课题组使用双环耦合引起的模式杂化特征，设计了全刻蚀及半刻蚀的磷化镓双环谐振腔布局，并理论验证了于全刻蚀的磷化镓双环谐振腔中孕育发生宽带宽光频梳的可行性，及于半刻蚀的磷化镓双环谐振腔中孕育发生笼罩中红外及近红外双色光频梳的可行性，为于绝缘体上磷化镓微腔中经由过程色散优化孕育发生宽光谱光频梳及多波段光频梳的提出了理论解决方案。

基在全刻蚀沟槽的绝缘体上磷化镓双环光频梳微腔

图 1基在全刻蚀沟槽的绝缘体上磷化镓双环谐振腔的色散及光频梳特征。（a）微腔布局示用意。（b）耦合波导截面示用意。（c）光场模式耦合对于色散的影响。（d）协同调控微腔色散。（e）光频梳带宽延展。

针对于薄波导严峻的质料色散限定的问题，课题组于绝缘体上磷化镓架构中设计了一个拥有平展宽带的反常色散特征的齐心双环谐振腔用在光频梳孕育发生。经由过程表里波导中光场的耦合杂化形成否决称模，从而到达单个波导没法实现的反常色散效果。课题组阐发了模态杂化的腔内场动力学，并给出了两环之间相位匹配前提的几何依靠瓜葛。于优化后的双环微腔中孕育发生的亮孤子光频梳，具备67nm的3dB带宽及跨越250 nm的20 dB带宽，比未耦合的单环形谐振腔更宽。此要领只需要调解波导的横向尺寸，揭示了较强的设计矫捷性，而且可以运用在其他质料平台，于方针波长孕育发生肆意的色散漫衍。相干事情别离以“Flexible Dispersion Engineering in Thin GaP-OI Frequency Comb Resonator Design”及“Dispersion-flattened concentric structure for microcomb bandwidth broadening in GaP-OI resonators”为标题发表于Optoelectronics Global Conference集会及Journal of the Optical Society of America B期刊上。南科年夜深港微电子学院2020级本科生耿兆珽为文章第一作者，李毅副传授及赵出息助理传授为文章配合通信作者，南科年夜为文章独一通信单元。

基在部门蚀沟槽的绝缘体上磷化镓双环光频梳微腔

图 2基在部门刻蚀沟槽的绝缘体上磷化镓双环谐振腔的色散及光频梳特征。（a）微腔布局示用意。（b）耦合波导截面示用意。（c）光场模式耦合对于色散的影响。（d）1550 nm及3100 nm双波段光频梳频谱。

双波段光频梳可以或许晋升光频梳的带宽，联合二阶非线性效应，可以实现光频梳的f-2f自参考。课题组提出了一种基在部门刻蚀沟槽的双微环谐振腔的布局以实现双波段光频梳。相较在彻底刻蚀的双环，部门刻蚀的双环间隙较小，对于微腔模场的调控出现波长相干性。于长波永劫，齐心圆磷化镓微腔可以被视为单个微腔，经由过程单个微腔所撑持的高阶模式实现反常色散；而于短波永劫，齐心圆磷化镓微腔被视为两个互相自力的微环，经由过程模式杂化孕育发生的否决称模实现反常色散。该布局可以或许同时于中红外及短波红外两个波段实现反常色散。该要领即扩大了微腔的反常色散区间，又提高了绝缘体上磷化镓微腔色散优化的自由度，为绝缘体上磷化镓微腔于1550 nm及3100 nm双波段孕育发生克尔光频梳提供了可行性设计。相干事情以“Design of partially etched GaP-OI microresonators for two-color Kerr soliton generation at NIR and MIR”为标题发表于Asia Co妹妹unications and Photonics Conference (ACP) 集会上。南科年夜深港微电子学院2021级硕士研究生姬厚领为文章第一作者，李毅副传授及赵出息助理传授为文章配合通信作者，南科年夜为文章独一通信单元。

相干论文列表

1. Z. Geng, H. Ji, Z. Yu, W. Cheng, P. Wu, Y. Li, and Q. Zhao, Dispersion-flattened concentric structure for microcomb bandwidth broadening in GaP-OI resonators, J. Opt. Soc. Am. B 40, 673 (2023).

2. Z. Geng, H. Ji, Z. Yu, W. Cheng, Y. Li, and Q. Zhao, Flexible Dispersion Engineering in Thin GaP-OI Frequency Comb Resonator Design, in 2022 IEEE 7th Optoelectronics Global Conference (OGC)(IEEE, 2022), pp. 218–221.

3. H. Ji, Z. Geng, W. Cheng, Z. Yu, P. Wu, Y. Li, and Q. Zhao, “Design of partially etched GaP-OI microresonators for two-color Kerr soliton generation at NIR and MIR,” in Asia Co妹妹unications and Photonics Conference (2022), paper 6251.