耶鲁团队研发低噪声集成激光器 创造超低相位噪声性能新纪录
（图片来自网络）
随着精密计量、量子计算、通信以及先进传感等领域技术的快速发展，对光子系统的性能要求越来越高：系统不仅需要微型化集成，还需要具备优异的频率稳定性和抗干扰能力。然而，当前主流的片上集成激光器普遍存在噪声过高的问题，这主要源于传统介质谐振器的固有局限。与法布里-珀罗（FP）腔相比，介质谐振器在频率稳定性方面存在数量级差距，而FP腔的电磁模式几乎完全约束在真空环境中，具有本质性的低噪声特性。
为突破这一技术瓶颈，美国耶鲁大学与加州大学圣芭芭拉分校联合团队创新性地提出FP微腔与光子集成电路的集成方案，成功研制出兼具紧凑尺寸与卓越性能的集成系统。该设计的核心优势在于：FP腔的真空环境使其理论噪声下限显著低于传统材料（如氮化硅），实现了超低噪声光学参考腔的片上集成。
- 研究团队开发了两种互为补充的技术方案：
- 第一种是“自注入锁定”技术路线，通过精确调控FP腔光学反射实现激光频率锁定，保留谐振反射光，实现激光器与FP腔锁定，获得优异噪声特性。
- 第二种是拓展方案，通过微腔封装和光学路径重设计，将反射信号定向传输至专用探测端口，抑制背反射信号，实现首个完全共集成模块，为芯片上PDH锁定提供基础。
实验数据显示，该系统的各项指标均显著超越传统集成方案：相位噪声在10kHz偏移频率下达到-97dBc/Hz，10ms积分时间的分数频率稳定性优于5×10-13，同时实现150Hz的1/π积分线宽和35mHz的基本线宽。
该技术直接应用于光纤传感和量子光学光源等领域，若组合两套系统可进一步实现低噪声微波信号生成，提升通信、雷达等设备性能。此外，团队还研发CMOS兼容非磁光隔离器，解决光子集成中的反射干扰问题，为多波长光源系统提供支持。
相关论文以《在光子集成电路中利用微型法布里-珀罗参考谐振腔》发表在《Nature Photonics》，为集成光学领域提供革命性参考腔解决方案，推动技术产业化。
（声明：该内容经AI精编）
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