北京大学纳光电子前沿科学中心低噪声微腔光频梳研究

       肖云峰教授、杨起帆研究员与龚旗煌院士团队制备并封装了具有超高品质因子的石英棒微腔，进一步实现了超低相噪的孤子微波源，并首次实现了基于孤子微波源的无误码射频通信应用演示。相关研究成果以“基于十亿级品质因子回音壁微腔的孤子微波源”（Soliton microwave oscillators using over-sized billion-Q optical microresonators）为题，在线发表在美国光学学会旗舰期刊《Optica》上。

       回音壁光学微腔具有超高的品质因子，自由光谱范围可覆盖GHz到THz，是实现光电融合的重要体系。基于回音壁光学微腔平台的克尔孤子光梳具有重频高、相位相干性强等优势，可用于低相噪高频微波源的合成，在卫星通信、雷达探测等领域具有极大的应用前景。目前，孤子微波源的相位噪声主要受限于微腔的热噪声，增大微腔的模式体积可有效降低热噪声，但同时也会增加系统的功耗，为实际应用带来限制。

       针对上述挑战，团队在石英棒上通过激光加工技术制备了超高品质因子微腔，并进行了封装。得益于优化的微纳加工工艺及封装技术，微腔本征品质因子高达4.5×109，从而只需要110微瓦的阈值功率即可驱动参量振荡，相比于同尺寸微腔在功耗上降低了一个数量级。如图1(a)所示。通过相干泵浦微腔，产生锁模的克尔孤子光梳，通过光电探测产生微波源的相位噪声在1 kHz频偏处最低为-107 dBc/Hz，而在10 kHz频偏处可低至-133 dBc/Hz，如图1(b)所示。