《光頻梳的矽基集成及套用基礎研究》是依託華中科技大學，由夏金松擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：光頻梳的矽基集成及套用基礎研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：夏金松
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
光通信、電子對抗等軍民套用需求正在促使光頻與射頻積極融合。光和射頻信號處理髮展的新趨勢是光信號處理的精細化、射頻信號處理的寬頻化，這是當前的技術難點。而光頻梳能高相干的連線光頻和射頻，採用光頻梳技術將能解決這一難題。因此，項目將重點研究：（1）矽基slot微環與高非線性材料混合集成的光頻梳器件及其矽基集成技術；（2）微環內級聯四波混頻的高效產生機制；（3）微環的色散管理方法；（4）通過新泵浦方式提升光頻梳相干性的機理（5）基於光頻梳的射頻光頻融合的信號處理。項目將研製出覆蓋C波段的高相干矽基集成光頻梳，建立對應的射頻光頻融合的信號處理模型，利用寬頻且相干的光頻率梳、有效融合光子的寬頻優勢和電子的精細處理優勢，探索其在未來光通信和電子對抗等重要領域的套用，並最終演示光頻梳在超寬頻射頻感知與接收和super-channel信號產生中的套用。
結題摘要
光頻梳能高相干的連線光頻和射頻，實現光頻和射頻的有效融合，滿足光通信、電子對抗等軍民套用需求，矽基光頻梳因體積小、集成度高等特點，成為當今的研究重點。提出並設計了幾種矽基微環波導結構，包括基於空間模式耦合效應的雙層波導結構、覆蓋層為矩形的矽基混合狹縫波導結構、矩形氮化矽波導結構等，通過仿真最佳化實現了有效的色散管理，可分別對波導的色散值和色散波段進行獨立控制，突破材料和工藝的限制，寬且平坦的反常色散波導可促進微環中級聯四波混頻的發生，是產生寬頻光頻梳的重要保證。研究與開發了矽基波導與微環諧振器的微納製備工藝，包括材料生長、高精度電子束光刻、氮化矽和鈮酸鋰刻蝕等工藝，制出了低損耗和具有反常色散的矽基氮化矽波導，實現了超高Q值的矽基氮化矽微環諧振器，其Q值超過80萬，還制出了高性能的矽基鈮酸鋰波導和微環諧振器，微環的本徵Q值超過50萬。採用單波長泵浦，基於矽基氮化矽微環諧振器，產生了覆蓋600nm範圍（包含C波段）、頻率間距＜=100GHz的光頻梳，並且在高Q值矽基鈮酸鋰微環中也獲得了四波混頻和光頻梳，為進一步實現高效可調的集成克爾光頻梳打下了基礎。實現了一種頻率間隔從0.75 THz到2.75 THz的高相干頻率梳，採用相干的種子源作泵浦，基於光纖中的相干級聯四波混頻效應，產生了高相干的光學頻率梳，並通過測量時域波形驗證了頻率梳的相干性。基於光學頻率梳的頻率嚴格等間距、梳齒之間的高相干性等獨特特點，還開展了面向衛星通信、雷達、電子對抗等背景的眾多套用，包括陣列化頻率變換、低噪聲大範圍可調諧微波振盪信號產生、超寬頻射頻信道化接收、實時傅立葉變換等研究；這些研究推動使得光頻率梳成為微波光子學領域當前和未來的重要手段之一，也是得集成光頻梳成為集成微波光子學的重要研究內容。
