硅光子学的革命性发展：世界上最小的光学频率梳

　　如今，光子学引领着潮流，而现在的一项新发展彻底改变了光子数据系统的潜力。

　　过去有效的方法可能不再适用。如今，服务器之间的链接越来越长，这些链接产生的热量变得越来越麻烦。现代系统还需要更大的带宽容量，并且不能容忍铜缆链路固有的延迟，由此产生了光子学，光子携带的信息以光速传播，光子不产生热量。

　　先前，加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）和英特尔的硅激光技术演示展示了使用光子发送数据的技术。现在，十五年后，英特尔每年为数据中心提供数百万个基于硅的光子收发器。

　　然而，目前，硅激光技术的实际应用需要使用复杂、麻烦的光学系统。来自UCSB、加州理工学院和瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的一组研究人员已经开发出一种在硅光子芯片上制造系统的方法。这一突破可以降低生产成本，并与既定的硅芯片制造工艺集成。

　　多个无线电台可以在同一空域上向世界传送许多节目，因为每个电台都以不同的频率广播。同样，不同颜色的激光器可以传输来自同一数据链路的独立数据流，而不会产生干扰。问题是每个硅激光器只能在一个频率上传输。

　　正如UCSB的研究小组负责人John Bowers所述，“为此，你可能实际上需要在该芯片中使用50个或更多激光器。 其中的多个缺点是，激光频率可能彼此漂移，就像用来产生干扰的无线电台一样。”

　　微型梳状芯片的内部结构，仅需四分之一即可显示其尺寸。

　　随着光学频率梳的发展，即等距激光通道的合并，该问题得以缓解。频率与强度的关系曲线图显示出峰顶和空隙，看起来像梳子的轮廓，因此得名。到目前为止，创建频率梳是一项具有挑战性的工作。

　　Bowers团队的解决方案非常简单，由氮化硅光子芯片和反馈激光器组成。根据Bowers的说法，“我们拥有的是一种光源，它可以用一个激光器和一个芯片产生所有这些颜色，这就是重要的意义。”

　　新解决方案可节省功率、成本和电路板空间，这也使稳定的梳子（称为孤子）的生产更加容易管理。根据加州理工学院的合著者Kerry Vahala所说：“新方法使该过程像打开室内照明灯一样容易。”

　　Vahala受到EPFL的Tobias J. Kippenberg的支持，后者是氮化硅光子学芯片的提供商，该技术先前是由LIGENTEC商业化的。Kippenberg指出：“结果的显着之处在于可按需生成频率梳的可重复性。”

　　正如UCSB的公告所述：“所有这些改进背后的魔力在于有趣的物理现象。当泵浦激光器和谐振器集成在一起时，它们之间的相互作用形成了一个高度耦合的系统，该系统具有自注入锁定功能。它同时产生“孤子”，这些 脉冲在谐振器内部无限循环，并引起光频率梳。”

　　光学时钟是当今可用的最精确的时钟，但由于体积庞大而笨重，Kippenberg说，世界上几乎没有这种时钟，借助这种新技术，可以将光钟做得足够小、便宜，可以装在手表上。虽然这可能有点过大，但它对GPS和许多其他应用程序有影响。Bowers表示，“这是将频率梳技术从实验室转移到现实世界的关键步骤。”

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