面向光子集成的超低功耗片上孤子微梳

在光学微谐振腔中产生耗散克尔孤子为获得高重频的紧凑频率梳提供了一条途径，其已用于光学频率合成器、超快测距、相干通信和双梳光谱学。氮化硅（Si$_3$N$_4$）微谐振腔在实现光子集成孤子微梳方面颇具前景。然而迄今为止，由于低品质因数（$Q$）以及热效应需要使用频率捷变激光器才能进入孤子态，在电子可探测重频（通常小于100 GHz）的Si$_3$N$_4$微谐振腔中形成孤子受到对外接功率放大器需求的影响。这些要求使基于Si$_3$N$_4$微谐振腔的孤子微梳器件与其他有源或无源组件的未来光子集成（异质或混合）变得复杂。在此，利用光子大马士革回流工艺，我们在高$Q$（$Q_0>15\times10^6$）的Si$_3$N$_4$微谐振腔中实现了超低功耗单孤子形成，器件电子可探测重频为99 GHz，输入功率为9.8 mW（波导内为6.2 mW）。我们表明，在同一样品的多个谐振中，可通过简单、缓慢的激光压电调谐进入孤子态。这些功率水平与当前基于硅光子的激光器兼容，可用于孤子微梳的全光子集成，其重频适用于超快测距和相干通信等应用。我们的结果表明Si$_3$N$_4$光波导在未来全片上孤子微梳器件方面的技术成熟度。