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《【文献】Laser & Photonics Reviews | Ultrabroadband Light Coupling for Integrated Photonics via Nonadiabatic Pumping》

  • 来源专题：光电信息技术
  • 编译者： 王靖娴
  • 发布时间：2024-12-11

  • 【内容概述】2024年12月5日，《Laser & Photonics Reviews》在线发表了陆培祥教授带领的“强场超快光学”创新研究群体在片上集成超宽带定向耦合器方面取得的最新研究成果 Ultrabroadband Light Coupling for Integrated Photonics via Nonadiabatic Pumping。

    该研究介绍了一种基于非绝热泵浦的超宽带光耦合策略，用于集成光子学中的光耦合。研究团队在薄膜锂铌酸盐绝缘体（LNOI）平台上实验验证了这种设计，发现非绝热转换能够减少波导中与本征态相关的相位色散，从而实现高效率、无色散的方向性传输。实验中，这种耦合策略覆盖了约320纳米的1dB带宽（模拟中超过400纳米），且所需的耦合长度仅为传统绝热传输方法的1/10。此外，该耦合策略还展现出低插入损耗（小于1dB）、低串扰（小于-10dB）以及对结构偏差的强大鲁棒性（约100纳米）。研究还构建了包括分束器和多级级联网络在内的复杂功能器件，用于宽带光路由和分割。这项工作在扩展操作带宽至所有光通信波段和最小化占用空间方面具有显著优势，显示出在大规模光子集成和芯片上高速信息处理方面的巨大潜力。



  • 原文来源：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202401492
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  • 《【文献】Nature Communications | High-coherence parallelization in integrated photonics》
    • 来源专题：光电信息技术
    • 编译者：王靖娴
    • 发布时间：2024-10-05
    • 【内容概述】该研究提出了一种创新的高相干并行化策略，通过自注入锁定微梳状激光器来注入锁定分布式反馈激光器（DFB lasers），实现了在集成光子学中高相干、高功率和高电光效率的结合。研究团队利用这一策略，成功地在硅光子（SiPh）收发器上演示了超过60 Tbit/s的数据传输速率，并显著降低了相干数字信号处理（DSP）的负担。这项工作不仅展示了创纪录的60 dB芯片增益，而且实现了线宽低至10 Hz的高相干信道，整体电光效率达到19%，与先进半导体激光器相媲美。此外，该方法还减少了硬件成本，提高了能源效率，并有望推动通信、量子计算和激光雷达等多个领域的发展。这项研究为实现大规模、高性能、大容量的相干光系统铺平了道路，有望解决由于流量需求爆炸式增长带来的芯片间和数据中心间互联问题，为未来光通信网络的发展带来了新的希望。 【相关背景】由于能够同时操控光的幅度和相位，相干光学在过去十几年中成为集成光学的重要发展趋势之一，为光通信、传感、量子信息等各种应用带来了无限的可能。然而，传统方案在集成光学中构建相干系统需要在硬件和功耗方面付出巨大的代价，其中一个核心难题是光源。迄今为止，还没有一种方法能同时实现高并行性、高相干性和高功率的集成光源。虽然III-V族DFB激光器因其优异的输出功率和电光转换效率（WPE）而被广泛使用，但其本征线宽通常在100kHz水平，难以满足众多应用中的相干性要求。 为了提高相干性，通常将III-V族激光器与高品质因子微腔结合，以有效降低线宽至1kHz以下并产生光频梳。然而，这种方法牺牲了功率和每个通道的WPE。近年来发展的微腔光频梳技术可以实现单个器件的多波长产生，但其每个通道的功率通常低于-10dBm。因此，系统中通常需要增益超过30dB的放大，这对集成式掺铒光纤放大器和半导体光放大器提出了挑战，并且这两种方法都会不可避免地引入额外的噪声。集成相干系统面临的另一个挑战是巨大的DSP开销。相较于强调直检的光通信系统，相干检测需要更复杂的DSP来精确恢复频率和相位信息，这显著增加了功耗预算，因此通常需要专用的芯片进行处理。为了在下一代数据中心部署先进的相干通信系统，DSP芯片必须采用3nm制程的CMOS工艺以降低功耗。此外，复杂的DSP也使得实时数据处理变得更加困难。虽然诸如激光同步等方法已被提出用于减少对DSP的需求，但这些方法往往需要体积较大的窄线宽光源和锁相环技术，从而显著增加了系统的硬件负担。 (文献原文见附件)
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  • 《【文献】Nature Photonics | Cross-polarized stimulated Brillouin scattering-empowered photonics》
    • 来源专题：光电信息技术
    • 编译者：王靖娴
    • 发布时间：2025-05-27
    •   【文献摘要】本文研究了交叉偏振受激布里渊散射（XP-SBS）及其与铌酸锂中二次非线性的集成，以增强光子器件性能。文中展示了三个新应用：（1）通过 XP-SBS 的热光相位匹配，实现了具有 0.7-Hz 窄线宽和 40-nm 可调谐范围的可重构受激布里渊激光器；（2）通过腔内布里渊增强四波混频，实现了转换效率达 55% 的高效相干模式转换器；（3）受益于 XP-SBS 与二次非线性的相互作用，实现了在近红外和可见光波段工作的布里渊 - 二次激光器和频率梳。这些进展有望显著改进光子技术，包括窄线宽激光器、微梳生成和光信号处理，为更强大和多功能的应用铺平道路。  【研究方法与创新】研究团队将 XP-SBS 与铌酸锂（LN）的二次非线性特性相结合，在自由空间腔中构建实验系统。利用 LN 晶体的双折射特性和热光效应，通过调节温度实现 XP-SBS 相位匹配的动态调谐，进而开发出可重构受激布里渊激光器，其线宽窄至 0.7 Hz 且波长调谐范围达 40 nm。在模式转换方面，借助腔内布里12渊增强四波混频（BE-FWM），利用 XP-SBS 与同偏振 SBS 的相互作用，在四共振腔中实现了 55% 的高效模式转换效率，支持偏振、横模和纵模的多自由度转换。此外，通过周期性极化铌酸锂（36PPLN）中 XP-SBS 与二次非线性的协同作用，构建了布里渊 - 二次激光器及频率梳，覆盖近红外和可见光波段，并通过泵浦偏振切换实现激光器与频率梳的功能切换。该研究的创新点在于首次系统性47地将 XP-SBS 与二次非线性集成，突破了传统 SBS 器件的性能限制，其基于双折射调谐的可重构设计解决了腔内相位匹配的动态调控难题，为窄线宽激光、微梳生成等领域提供了新方案，且研究成果可兼容 LNOI 光子集成平台，具备产业化应用潜力。
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