片上集成克尔光频梳在光学传感领域的应用研究(特邀)

光学频率梳在频谱上由一系列间隔均匀且具有稳定相位关系的频率分量组成。自问世以来,其在光学频率计量和精密测量领域取得长足进步。随着微纳加工技术的不断革新,研究人员已经成功在芯片级的平台上实现基于三阶克尔效应的微腔光频梳。这种片上集成克尔光频梳具有通道间隔大、相干性好、尺寸小、功耗低且易集成的优势,此外,其与互补金属氧化物半导体兼容能够实现低成本、大规模制备,这为微波光子学、精密光传感、多光源相干通信等片上集成系统的应用带来重大机遇。当前,基于片上集成克尔光频梳的传感应用发展迅速,技术方案不断更新,带来功能和性能的新突破。因此,重点面向工程技术,概述近年来片上集成克尔光频梳产生的新材料平台和片上集成化研究进展,综述其在激光雷达、精密光谱学、分布式光纤传感等光学传感领域取得的进展,对片上集成克尔光频梳当前研究现状及未来发展前景进行总结与展望。

热效应作用下的微环克尔光频梳

目前微环产生光频梳的理论分析方法主要有两种:非线性耦合模理论和非线性Lugiato-Lefever方程(LLE)模型。这些理论研究一般只考虑了色散和光学非线性效应,忽略了强抽运光作用下微环谐振腔中热效应的影响。通过对微环热效应的分析,在非线性LLE的基础上加入热效应作用的相移对方程进行修正,仿真了固定和调节初失谐量两种情况下耗散腔光孤子/光频梳在微环谐振腔内产生的整个过程,分析了两种不同方式产生克尔光频梳的机理,并对比分析了两种方式下克尔光频梳的性能和造成性能差异的原因。

微腔集成相干光源研究进展、通信应用及其未来展望

凭借小体积、低功耗、可重构、低成本等优势,片上集成相干光源成为光计算、自动驾驶、高速光互联、5G/6G通信等领域极具潜力的光源方案。微腔集成相干光源结合片上集成和腔增强效应,显著增加了腔内光场功率,降低了泵浦阈值。该文介绍克尔光频梳、微腔受激拉曼激光、二阶非线性光梳和微腔增强电光梳四大类微腔集成相干光源的原理和研究进展,针对谱宽、噪声、效率、功率四大关键性能指标逐一进行分析,介绍基于微腔集成相干光源在通信应用中的研究进展,并对其未来发展趋势进行展望。