鱼骨波导设计平滑色散，扩展频率梳带宽

巴黎，2020年7月28日-法国国家科学研究所，巴黎萨克莱大学和浙江大学的研究团队创造了一种能够实现高精度频率梳的波导设计。 该小组的设计创建了一种渐变折射率波导，与普通波导相比，它可使频率梳的宽度增加一倍以上。

频率梳的产生必须在允许光产生新颜色的材料属性与波导中光的传播之间取得平衡。 这种平衡更易于在玻璃中进行工程设计，而对于应用和与现有设备的集成，硅是首选。

为了扩大频率梳的带宽，研究人员将注意力集中在光的传播上，尤其是光的色散上。

为了实现宽频率梳，构成梳的颜色必须全部保持同相。 然而，由于波导的分散，通常满足非线性相位匹配条件的带宽受到限制。 此限制在诸如绝缘体硅片之类的高折射率对比技术中尤为严格。 与玻璃覆层相比，硅芯具有较大的折射率。 两者之间的巨大差异会产生强烈的色散，从而过度补偿了材料色散。 研究人员可以通过其波导设计来应对材料色散。

研究人员的方法基于具有自适应边界的单模波导的亚波长工程。 他们意识到，玻璃覆层和硅芯之间的界面不必很锐利。 他们设计了一个波导，该波导的硅芯具有鱼骨结构，并向外延伸到玻璃覆层中。 混合区域中的有效折射率是玻璃和硅的平均值，成为一种从硅逐渐过渡到玻璃的渐变折射率波导。

在渐变折射率中，红色散开来占据更宽的波导区域，而蓝色则受到更严格的限制。

最终结果是，尽管实际上在同一波导中一起传播，但不同的波长表现得好像它们在不同宽度的波导中传播一样。 研究人员将此效果称为自适应边界。 宽带展平的色散操作来自波导光学模式的特性，该特性可以自动将其在不同波长的空间轮廓自适应到由其有效折射率值确定的略有不同的有效空间跨度。

研究人员探索了鱼骨结构的不同配置。 每种配置都增加了波长范围，在该波长范围内色散保持很小。 为了确认其渐变折射率波导会产生更好的频率梳，该团队对标准和渐变折射率波导中的频率梳生成进行了建模。 他们表明频谱可以从大约20 THz扩展到大约44 THz。

到目前为止，研究人员仅对结构进行了计算和建模。 但是，他们提出的结构在开发时就考虑到了制造。 一旦完成结构测试，研究团队采用自适应边界硅波导扩展Kerr频率梳频谱的策略可能会有益于需要操纵能量间隔和相位匹配的非线性应用。 例如，基于芯片的频率梳可以实现高精度和高灵敏度的紧凑型光谱仪。