科学|微梳齿结构注入脉冲激光作为可变微波齿轮 |微波|激光|

_本文原题：微梳齿结构注入脉冲激光作为可变微波齿轮

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由微谐振器频率梳注入高速调制的半导体激光可以同时生成低噪音的微波和具有可变频率间隙的频率梳
低噪音的微波信号在不同的应用中都是非常重要的关键参数，如高速电信和超快数据处理。传统上，这些信号的生成由体积庞大的且脆性的微波振荡器来生成，并不适合室外的应用。但是在最近，物理学家探索了一种新的替代来改变这一现状：使用光学微谐振器频率梳（optical microresonator frequency combs）来生成高质量的微波。

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伴随孤子注入 GSL的微梳重复频率划分
取决于激光高光频率和光谱纯度，光学微谐振器可以以一种紧凑高效的方式产生低噪音的微波。但一个谐振器通常只能产生非常有限的可调制的微波。其原因在于微波的频率取决于振荡器的尺寸，而振荡器的尺寸本身是非常不容易进行调制改变的。
最近发表在期刊《Science Advances》上，来自洛桑联邦理工学院的Tobias Kippenberg实验室、都柏林大学、爱尔兰都柏林城市大学的研究人员发展了一种新颖的技术，仅仅利用一个光学微谐振器来生成可变的低噪音微波。

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晶体微谐振器产生的频率分割的孤子微梳
这一技术所采用的办法是发射一个微振荡器频率数进入一个紧凑的激光中，此激光的强度通过现成的微波振荡器进行调节。通过强制调节频率进入到紧跟一个微波的次谐波频率，这是通过一个微小微谐振器频率梳进行产生的，该团队成功的生成的新的微波，其频率可以显著的进行变化。

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【科学|微梳齿结构注入脉冲激光作为可变微波齿轮】合成的微波信号的相位噪声谱
此外，新生成的微波同微谐振器频率梳状振荡器和现成的微波振荡器相比，呈现出较低的相位噪声水平。其机制，称之为频率分割，通常用来将光学信号的频率纯度转移成以微波为主的信号。

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100-GHz重复速率的Si3N4微梳光子芯片的频率分割
目前研究的这一技术可以确保光谱的纯度在不同微波信号之间转换。传统上，执行完美的微波频率分割以一种可变的形式呈现，到目前为止还是非常不容易的。 Wenle Weng博士解释说，他是该项目的leader：得益于我们所发展的快速调制半导体激光，现在可以实现使用低成本的光（电探）测器和适度控制系统来实现。这一半导体激光器同时还可以产生一个具有致密光谱发射的二次的频率梳，这一技术可以用在许多光谱学的应用场合。
该概念验证实验装置的关键部件，包括微共振器和半导体激光，均互不相连的且都连接在一个长的光纤上。该研究团队目前正致力于将其融合在一起和形成一个先进的包装设备。伴随着该设备的小微化和批量生产，可变的微波振荡器和类似梳状频率发生器将会对现存的便携式的低噪音微波和频率梳状源的激增的市场进行革新。
文章来源：Wenle Weng et al. Frequency division using a soliton-injected semiconductor gain-switched frequency comb, Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aba2807 ，洛桑联邦理工学院（Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)）分页标题