研究人员开发了一种突破性的超宽带电光梳，将450纳米的光精度集成到一个小于硬币的芯片中，为先进而高效的光子技术奠定了基础。
在当代光学中，频率梳是重要的光测量工具，促进了电信、环境观测甚至天体物理等领域的发展。然而，构建紧凑有效的频率梳一直是一个相当大的挑战——直到现在。
1993年推出的电光频率梳展示了通过级联相位调制生成光学梳的潜力。然而，由于其巨大的功率需求和受限的带宽，进展停滞不前。因此，该领域被飞秒激光和克尔孤子微梳主导，尽管高效，但需要复杂的调谐和大量的功率，阻碍了其实际部署。
然而，近期在薄膜电光集成光子电路，特别是像铌酸锂这样的材料上的进步，激发了新的兴趣。然而，由于铌酸锂中固有的双折射（光束分裂），在减小功率的同时实现更宽的带宽仍然变得具有挑战性，这限制了可实现的最大带宽。
在一个重要的进展中，来自瑞士洛桑联邦理工学院、科罗拉多矿业学院和中国科学院的科学家们通过将微波与光学电路设计融合在新开发的铌钽酸盐平台上解决了这个问题。与铌酸锂不同，铌钽酸盐的内在双折射低17倍。在托比亚斯·J·基本伯格教授的领导下，研究人员创建了一种电光频率梳发生器，显著实现了超过2000个梳线的450纳米光谱覆盖。这一创新提高了设备的带宽，并将微波功率需求相比于之前的模型降低了近20倍。
团队实施了一种“集成三谐振”结构，其中三个相互作用的场——两个光学场和一个微波场——协同工作。这是通过一个独特的协同设计系统完成的，该系统结合了单片微波电路和光子元件。通过在铌钽酸盐光子集成电路中嵌入一个分布式共面波导谐振器，研究人员显著改善了微波的 containment 和能量效率。
由于铌钽酸盐的低双折射，设备的紧凑结构使其适合在1×1 cm²的区域内。这种降低减少了光波之间的干扰，允许平滑和一致的频率梳生成。此外，设备采用了简单的自由运行分布式反馈激光二极管，与其克尔孤子对应物相比，大大提高了用户友好性。
新梳发生器的广泛带宽覆盖450纳米，超越现有电光频率梳技术的限制。它在自由光谱范围的90%以上保持稳定性能，消除了复杂调谐系统的必要性。这种可靠性和简易性为实际的、现场准备的应用铺平了道路。
这一创新设备有潜力彻底改变光子产业。凭借其坚固的设计和紧凑的尺寸，它可以显著影响如机器人技术等领域，在这些领域，精确的激光测距至关重要；以及环境监测领域，其中准确的气体检测至关重要。此外，这种协同设计方法的成功强调了集成微波和光子工程开发下一代设备的未实现的可能性。
