【光学前沿】光子芯片上的全光频分技术：迈向超低噪声微波源
在现代通信、传感和数据处理等领域，对高性能微波源的需求日益增长。传统的微波源依赖于机械振荡器，其频率范围和稳定性限制了高速应用的性能。为了克服这些限制，研究人员一直在探索新的技术路径。最近，一项突破性的研究成果发表在《Nature》杂志上，介绍了一种在光子芯片上实现全光光频分的技术，这项技术由赵昀等人完成，为微波源的发展带来了新的可能。
一、创新的全光频分技术
这项技术的核心在于使用单个连续波激光器泵浦的克尔微谐振器，通过同步其两个不同的动态状态来实现光频分。这种方法的创新之处在于，它不需要电子锁定，从而简化了设备并减少了能量消耗。通过光参量振荡器的信号场和闲频场之间的太赫兹拍频的固有稳定性传递到克尔孤子梳的微波频率，实现了光频分因子分别为34和468的227GHz和16GHz孤子梳。
二、超低噪声的微波信号
在实验中，研究人员观察到，通过光频分技术，16GHz孤子梳的相位噪声降低了46dB，这是在集成光子平台中观察到的最低微波噪声。这一成果不仅展示了全光频分技术在降低噪声方面的潜力，也为实现与计量实验室生产的最纯频相当的微波频率提供了可能。
三、芯片级设备的前景
这项工作的意义不仅在于实验室内的技术突破，更在于其对芯片级设备发展的推动。通过这种技术，可以开发出更小型、更高效的微波源，这对于通信、传感和数据处理等高速应用领域具有重要意义。研究人员提出的基于低噪声光学参量振荡器和克尔梳的同步，可以设想一种紧凑、超低噪声、宽可调谐的高频微波振荡器的设计，为未来微波源的发展指明了方向。
赵昀等人的这项研究不仅展示了全光频分技术在降低噪声和提高频率稳定性方面的巨大潜力，也为集成光子学领域带来了新的突破。随着技术的进一步发展和应用，我们有望看到更高性能的微波源被广泛应用于各种高科技领域，推动通信和传感技术的进一步发展。这项研究的成功，是光学前沿研究的一个缩影，也是对未来科技的一次有力推动。
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2025-09-30
