天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
集成光子芯片为压缩态光场的产生提供了一个可靠和易于扩展的平台。基于低损耗氮化硅微环谐振腔的四波混频过程是产生压缩态光场的重要途径。本文基于氮化硅材料平台，优化了高质量氮化硅薄膜的制备工艺和微环谐振腔的加工过程，制备出多种尺寸和结构的低损耗氮化硅微环谐振腔。通过搭建的测试系统，系统分析了这些微环谐振腔的透射率、耦合状态和品质因子。实验结果表明，所制备的微环谐振腔具有稳定的本征品质因子，其中横截面尺寸为2000 nm′290 nm微环谐振腔的本征品质因子可达1.5′106，对应的波导传输损耗约为0.23 dB/cm。理论计算表明，该结构最优能够产生片上约9 dB的压缩态光场，当考虑总检测效率为40%时，预估可以直接观察到2 dB的压缩态。该研究为片上产生高质量的连续变量压缩态提供了实验基础。
集成量子光学 微环谐振腔 压缩态 integrated quantum optics micro-ring resonator squeezed state 量子光学学报
2025, 31(1): 010202
对基于氮化硅的微环外腔反馈窄线宽半导体激光器进行了性能表征和研究。通过对增益芯片的驱动电流、两个微环热电极电压、相位节热电极电压和半导体制冷器（Thermoelectric cooler， TEC）温度控制等参数的调节，实现了C波段可调谐输出，所提激光器的边模抑制比≥52 dB，输出功率>10 dBm。通过对激光器高频白噪声进行表征，计算得到激光器的线宽为0.84 kHz，相位噪声在0.01、0.1和1 kHz处分别为581.04、60.47和6.70 μrad/Hz1/2。通过对激光器的相对强度噪声（RIN）进行测试，在1~20 GHz范围内，激光器RIN≤-156 dB/Hz。基于上述优异的性能，基于氮化硅的微环外腔反馈窄线宽半导体激光器有望在光纤传感、微波光子、相干通信和多普勒激光雷达等领域发挥潜在应用价值。
微环谐振腔 氮化硅 宽带可调谐波长 窄线宽 半导体激光器 激光与光电子学进展
2024, 61(13): 1314002
1 上海理工大学 光子芯片研究院，上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
提出了一种基于异质集成波导的微环谐振腔，对其双稳态现象进行了研究分析，并将其应用于全光存储功能的实现。异质集成波导具有超高的克尔非线性效应，不受热光效应和载流子响应的限制，在超快克尔非线性效应的支持下，该结构具有快速全光切换的能力。设计了一个高品质因子Q = 77565的微环谐振腔，用耦合模式理论模拟了其双稳态现象。在峰值功率为474 fJ，宽度为20 ps的脉冲激励下，该微环谐振腔很好地实现了全光存储功能，并通过波分复用的串联微环结构展示了波长可寻址的四位光存储器。研究了基于超高克尔非线性效应的双稳态现象，为实现超快切换速度提供了可能性，在光存储、光开关、人工智能研究等方面具有一定的参考价值。
微环谐振腔 双稳态 克尔非线性效应 光存储 micro-ring resonator bistability Kerr nonlinear effect optical memory
1 东南大学先进光子学中心，江苏 南京 210096
2 东南大学电子科学与工程学院，江苏 南京 210096
基于微环谐振腔的微波光子滤波器（MPF）以其优异的可调谐特性得到了广泛关注和研究，但通常微环的带宽决定了所实现的MPF带宽，进而限制了滤波分辨率。本文提出并验证了一种基于三微环级联的MPF，相比单个微环，通过多引入两个微环谐振腔，使光载波与±1阶光边带拍频后的相位差谱从0~π变得更陡峭，从而实现了MPF带宽压缩。实验结果表明，本文提出的基于级联三微环的MPF在不提升微环本身Q值的前提下，相比基于单微环的MPF，滤波带宽压缩了约69%，3 dB衰减斜率提高了约3.6倍，实现了更精细的滤波；另外，该MPF还实现了11.5~20.3 GHz的频率连续调谐和187.1~1597.0 MHz的带宽连续调谐。
集成光学 微环谐振腔 微波光子滤波器 带宽 可调谐性 光学学报
2023, 43(22): 2213001
微腔光频梳具有功耗低、可集成、梳齿间隔可调的特点，在各个领域都有广泛的应用。绝缘层上的硅（SOI）材料加工工艺与现有的互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容，使其成为最具前景的光子平台之一。本文设计了一种截面为脊形的硅基微环谐振腔，研究了各个几何参数对微环谐振腔色散的影响；数值求解了微环谐振腔热动态方程，并分析了不同参数对微环谐振腔热动态效应的影响。数值求解了LLE（Lugiato-Lefever Equation）模型，由于SOI微腔光频梳理论研究大多忽略了热光效应，因此本文分析了在模型中引入热光效应项后对光频梳产生和演化的影响。数值结果表明，在温度变化范围为0~0.16 ℃条件下，时域上光场最大功率值增加了22%，频域上光频梳展宽了221 nm。最后对两种热光效应条件下光频梳输出频谱进行分析，结果表明，光频梳在热光效应温度变化范围为0~0.32 ℃的情况下，相较于0~0.16 ℃的情况，带宽展宽了353 nm。
非线性光学 硅基波导 微环谐振腔 Lugiato-Lefever方程模型 热光效应 光频梳 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1719001
1 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室，北京 100083
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
3 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
4 中国电子科技集团公司第五十四研究所光通信研发中心，河北 石家庄 050081
基于微环谐振腔和光纤布拉格光栅，利用相位-强度调制，实现了三种滤波响应可切换微波光子滤波器。通过改变光纤布拉格光栅反射谱、微环谐振腔陷波和光载波三者之间的相对波长，微波光子滤波器的滤波响应可以在带通、平顶带通和高通之间切换。制备了欧拉微环并搭建了微波光子滤波器系统，实现了上述三种响应。三种响应的带宽均具有一定的调谐能力，其调谐范围分别为5.56~7.68 GHz、6.23~11.92 GHz和5.83~10.86 GHz。三种响应下微环的插入损耗均小于10 dB。可切换的滤波响应使该微波光子滤波器具有更高的灵活性，在频率测量、杂散抑制等场景中具有广阔的应用空间。
集成光学 微波光子滤波器 微环谐振腔 光纤布拉格光栅 响应可切换 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0913001
1 长春理工大学光电工程学院光学工程系，吉林 长春 130022
2 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310027
提出一种反射型法布里-珀罗（FP）标准具和微环谐振腔级联的温度传感器。该温度传感器由光纤反射镜、FP标准具和微环谐振腔构成。利用强度探测的方法，仿真计算和实验验证表明，温度传感器具有较高的灵敏度和较低的探测极限。将宽带光源和滤波器组合作为实验的输入光源，反射型FP标准具起到滤波的作用，温度传感元件是微环谐振腔。仿真计算得出该温度传感器的灵敏度为2.1406 dB/℃。实验结果表明，该温度传感器的灵敏度为1.9434 dB/℃，探测极限为0.01 ℃。
传感器 光纤反射镜 法布里-珀罗标准具 微环谐振腔 强度探测 灵敏度 探测极限 光学学报
2022, 42(23): 2328002
1 华中科技大学 武汉光电国家研究中心&光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 都柏林圣三一学院 物理学院，爱尔兰 都柏林
基于光学微谐振腔的自参考耗散克尔孤子(Dissipative Kerr Solitons, DKSs)有广泛的应用，如频率合成器、相干通信、天文光谱仪校准、精密测量、光学时钟、双梳光谱学等。倍频程DKS已在氮化硅和铌酸锂微谐振腔中实现，笔者提出了一种在氮化铝(AlN)微环谐振腔中通过单一泵浦直接产生倍频程DKS的简单方案。通过将两个谐振频率相近的模式TE00 和TE10分别作为泵浦谐振和辅助谐振模式，红失谐侧的辅助模式TE10可以有效地平衡孤子形成过程中的热拖曳效应。慢速扫描泵浦光波长可获得稳定的倍频程展宽的孤子梳，带宽为1100~2300 nm，孤子存在范围最大为10.4 GHz(83 pm)。这是首次在AlN平台上获得倍频程展宽的克尔光孤子。该方案在单一泵浦源下就可以获得稳定的倍频程光孤子以及宽的孤子访问窗口，不同于其他方案需要额外引入复杂的控制手段和设备。
微环谐振腔 四波混频 倍频程光频梳 光孤子 microring resonator four-wave mixing octave-spanning optical frequency comb optical soliton 红外与激光工程
2022, 51(5): 20220311
1 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
硅基光子集成谐振腔作为光学敏感单元对芯片级光学陀螺的性能起着至关重要的作用。以互易敏感增强型双微环架构的光子集成陀螺谐振腔为研究对象，通过时域有限差分法仿真分析了双微环谐振腔的关键结构参数，并通过搭建仿真链路研究了微环谐振腔的品质因子、精细度与耦合系数、传输损耗的内在关系。在此基础上，选取典型结构参数设计版图，基于无源硅基光子集成工艺的多项目晶圆流片制备了双微环谐振腔器件。测试结果表明，当微环半径为500 、波导与微环的耦合系数为0.3时，在工作波长1550 nm附近微环的自由光谱范围为0.182 nm，3 dB带宽为0.045 nm，精细度为4.04，品质因子约为。本研究结果为双微环谐振腔的进一步优化设计提供了依据。
集成光学 陀螺 双微环谐振腔 绝缘体上硅 耦合系数 品质因子 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1313001
