[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 基于光子芯片的由紧凑型超低噪声激光器驱动的孤子微梳

摘要： 基于光子芯片的孤子微梳已应用于激光雷达、光谱学、相干通信及天文光谱仪校准等诸多领域[1]。近期研究表明可通过电流启动孤子微梳[2,3]，这标志着高Q值Si3N4微谐振器制造工艺的进步。但现有方法均受限于输入激光功率，目前仅在149 GHz以上重复频率实现单孤子输出，该频段超出商用光电探测器检测能力。本研究采用光子大马士革回流工艺[4]制备100-GHz-FSR Si3N4微谐振器，在Q值超1500万[5]的条件下实现了单孤子生成。通过使用具有窄线宽（偏移100 kHz处相对强度噪声-160 dBc/Hz）、高输出功率（达100 mW）的紧凑型混合激光器[6]，仅需调节激光二极管电流（无需单边带调制器等复杂调谐机制[7]）即可观测不同梳状态。由于激光噪声直接传递至孤子梳线，该低噪声激光器适用于相位噪声敏感应用（如低噪声微波生成或相干通信）。如图1(a)实验装置所示：ULN激光器通过电流源和温控器调节频率与功率，经双反向纳米锥[8]耦合至Si3N4光子芯片后，通过调节FBG/GC温度使激光波长对准微谐振器共振峰。当激光二极管电流增至≈330 mA时（图1c光电探测器直接观测的传输信号显示），孤子存在区间达到足够宽度。得益于Si3N4的高Q值特性，仅需正向频率调谐[9]即可实现孤子态，无需复杂调谐机制。通过激光二极管电流调节还可观测调制不稳定性、多孤子态及单孤子态等不同梳状态。采用短期线宽10 kHz的参考激光器进行外差拍频测量（图1b）验证了孤子梳齿的相干特性，其频谱经sech2函数拟合显示3 dB带宽≈19.3 nm，对应≈131.5 fs脉冲。