利用片上高动态范围宽带光谱整形器展平激光频率梳光谱

光谱整形对许多科学领域至关重要。例如在天文学中，通过多普勒效应探测系外行星依赖于校准高分辨率光谱仪的能力。激光频率梳可用于此目的，但光谱上剧烈变化的强度可能使得无法最优地利用整个频率梳，导致校准整体精度下降。为规避此问题，激光频率梳的天文应用依赖于体光学装置，该装置可在将光送入光谱仪前展平输出光谱。此类展平器需要诸如空间光调制器之类复杂且昂贵的光学元件，并在实验台上占据不可忽略的体积。在此，我们提出一种替代方案，即全光子光谱整形器，可用于展平激光频率梳的光谱。该器件由刻在氮化硅晶圆上的电路构成，其支持阵列波导光栅将光在数百纳米波长范围内色散，随后由马赫-曾德尔干涉仪控制各通道振幅，热光相位调制器对各通道相位进行控制，并由第二个阵列波导光栅重新合束光谱。该演示器件工作于 1400 至 1800 nm（覆盖天文 H 波段），具有二十个 20 nm 宽通道。该器件经由马赫-曾德尔干涉仪可实现近 40 dB 的光谱动态调制，优于大多数空间光调制器。使用超辐射发光二极管，我们将静态光谱变化降低至约 3 dB，受电路中所用元件特性限制；在激光频率梳上我们成功将调制降低至 5 dB，足以满足天文应用。