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研究闡釋集成光頻率梳的可擴展製造
照片顯示的是數以百計的半導體(ti) 激光器和氮化矽微諧振器。圖片來源：加州大學聖塔芭芭拉分校/Chao Xiang課題組
近日，在《科學》上發表的一篇文章中，瑞士洛桑理工學院（EPFL）和加州大學聖塔芭芭拉分校（UCSB）的兩(liang) 個(ge) 實驗室，首次展示了超低損耗氮化矽光子集成電路（在EPFL製造）和半導體(ti) 激光器（在UCSB製造）通過片級CMOS技術的異質集成。
光學頻率梳由等距激光線構成的光頻率組成。研究人員已經革新了頻率計量、定時和光譜學領域。在過去的十年裏，EPFL教授Tobias Kippenberg實驗室發現了孤子微梳，使得頻率梳能夠在芯片上產(chan) 生。在這個(ge) 方案中，單頻激光被轉換成超短脈衝(chong) 稱為(wei) 耗散克爾孤子。
孤子微梳是一種結構緊湊、功耗低、帶寬寬的芯片級頻率梳。結合大間距的梳狀“齒”，微梳適合廣泛應用於(yu) 係外行星搜索和神經形態計算的天文光譜儀(yi) 校準、光學原子鍾、絕對頻率合成和並行相幹激光雷達等。
然而，一個(ge) 突出的挑戰是激光源的集成。雖然微梳是在芯片上通過參數頻率轉換產(chan) 生的，但泵浦激光器通常是芯片外的，體(ti) 積很大。如何將微梳和激光器集成在同一個(ge) 芯片上，一直是一個(ge) 突出的挑戰。
該新方法主要是基於(yu) 矽和磷化銦在氮化矽襯底上的多片鍵合。在磷化矽和磷化銦層上製備了分布反饋（DFB）激光器。DFB激光器的單頻輸出被傳(chuan) 送到下麵的氮化矽微諧振器，DFB激光器在那裏種子孤子微梳形成並產(chan) 生數十條新的頻率線。
研究人員表示，這種晶圓規模的異質過程可以從(cong) 一個(ge) 100毫米直徑的晶圓上生產(chan) 出超過1000個(ge) 芯片規模的孤子微梳器件，使其能夠用於(yu) 商業(ye) 水平的製造。每個(ge) 裝置都是完全電控的。重要的是，生產(chan) 水平可以進一步擴大到行業(ye) 標準的200或300毫米直徑的基材。
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