微腔光頻梳（Kerr耗散孤子頻率梳）

微腔光頻梳（Kerr耗散孤子頻率梳）適用于相關科研和工業應用場景，具備穩定可靠、操作便捷和便于系統集成等特點。

10–1000 GHz梳齒間距的芯片級微腔光梳——讓光頻梳走出實驗室。

DKS 微腔光頻梳是一套基于耗散克爾孤子（Dissipative Kerr Soliton, DKS）原理的光子集成電路（PIC）頻率梳產品生態，依托 DeepLight 專有的超低損耗氮化硅（Si?N?）光子集成平臺和無銅硅襯底技術，實現從芯片級孤子發生器到即插即用整機系統的全棧產品覆蓋。

DKS 微腔光頻梳利用外部連續波（CW）泵浦激光注入高 Q 值微環諧振器，通過四波混頻（Four-Wave Mixing, FWM）非線性效應在芯片上直接產生寬帶、等間距、相干頻率梳。與傳統鎖模激光器頻率梳相比，DKS 微腔光梳具有超大自由光譜范圍（FSR：10–1000 GHz）、芯片級集成、低功耗和高可靠性等顯著優勢，是下一代相干光通信、微波光子學、精密光譜學、量子計算和超快測距等應用的理想多波長光源。

DeepLight 微腔光梳產品生態建立在以下四項核心專立技術之上：

·        無銅硅晶圓（Copper-Free Si Wafer）：從襯底層面消除銅擴散導致的吸收中心——銅污染是造成 PIC 熱漂移和 Q 值降低的根源。無銅晶圓使 Si?N? 微腔可穩定產生確定性孤子，尤其在低重復頻率（~40 GHz）高熱敏感區域下優勢顯著。該技術發表于 Nature 646, 843–849 (2025)。

·        光子鑲嵌工藝（Photonic Damascene Process）：專有的超低損耗 Si?N? 波導制造工藝，實現 < 5 dB/m 波導損耗和 > 10×10? 本征 Q 值，支持厚膜（> 800 nm）氮化硅以產生高反常色散和強克爾非線性。

·        混合 PIC 集成架構：Si?N? 無源波導腔 + 片上微加熱器 + TFLN 電光調制 + III-V 增益介質的多材料混合集成，實現從泵浦到梳齒輸出的全功能片上集成。

·        DKS 確定性穩定控制：通過消除熱拖曳效應（無銅晶圓）+ 片上微加熱器梳齒對準 + 壓電 MEMS 快速波長掃描，實現僅需標準激光調諧即可可靠進入單孤子態，無需輔助激光或復雜熱反饋。

DeepLight微腔光頻梳產品生態涵蓋以下五大核心產品線：

·        DLT-DKS-TK-1550 — 機架式整機系統：全集成 19 英寸機架式 DKS 微梳系統，內置泵浦激光器與控制電子單元，支持 USB 程控一鍵式單孤子啟動，適用于實驗室桌面與便攜式部署。

·        DLT-DKS-BF-1550 — 蝶形封裝孤子發生器：14-pin 蝶形封裝模塊，內置 TEC 與熱敏電阻，FC/APC 保偏光纖接口，可直接集成至系統級實驗。

·        DLT-DKS-BD-1550 — 裸片級孤子發生器：已知性能芯片裸片（Known-Good Die），含片上微加熱器與完整表征報告，適用于封裝級定制集成。

·        DLT-CF-Wafer — 無銅硅晶圓：無銅污染硅晶圓，從襯底層消除銅擴散導致的吸收損耗與熱漂移，保障超低損耗 PIC 的可重復晶圓級制造。

·        DLT-SiN-MPW — 共享/定制 Si?N? 多項目晶圓流片：基于無銅晶圓與光子鑲嵌（Photonic Damascene）工藝的共享 MPW 與定制流片服務，提供完整設計支持（DRC 檢查 + 微加熱器集成）。

微腔光頻梳-Kerr耗散孤子頻率梳的特點

·        超低損耗 Si?N? PIC 平臺：基于專立無銅硅晶圓與光子鑲嵌（Photonic Damascene）工藝，實現 < 5 dB/m 超低波導損耗，本征 Q 值 > 10×10?（典型值），為穩定單孤子產生提供物理基礎。

·        確定性孤子產生：通過消除銅污染從根本上抑制熱拖曳效應（Thermal Drag），僅需標準波長掃描即可可靠進入單孤子態，無需復雜熱補償電路或輔助激光器。

·        超大 FSR 范圍（10–1000 GHz）：遠超傳統鎖模激光器頻率梳（通常 < 10 GHz），特別適合 WDM 光通信、微波光子學和超快測距等高重復頻率應用。

·        寬帶光譜覆蓋：3 dB 帶寬 > 10 nm（典型 > 27 nm，對應 > 17 根梳齒），10 dB 帶寬 > 56 nm（> 35 根梳齒），光譜包絡平滑，梳齒間相位關系恒定。

·        窄梳齒線寬 < 10 kHz（洛倫茲瞬時線寬）：源自超高 Q 值微腔的極低相位噪聲特性，梳齒相干性優異，滿足精密計量與相干通信對光譜純度的嚴苛要求。

·        高梳齒功率：中心梳齒功率 > 0 dbm（整機系統），10 根中心梳齒功率 -5 至 +5 dBm，支持多通道直接探測而無需額外放大。

·        即插即用整機操作（TK 系列）：一鍵式單孤子啟動序列，標準 USB 接口程控，19 英寸機架式緊湊設計，蕞小化用戶干預，確?？芍貜汀⒎€定的梳齒輸出。

·        靈活集成層次：提供裸片（Bare Die）、蝶形封裝模塊（Butterfly Module）和整機系統（Turn-key System）三種產品形態，覆蓋從學術原型驗證到工業批量部署的全場景需求。

·        低泵浦閾值功率：標準 100 GHz FSR 器件孤子產生閾值 < 100 mW（片上功率），支持使用標準可調諧半導體激光器作為泵浦源，無需高功率光纖放大器。

·        多泵浦兼容性：推薦泵浦波長 1545–1560 nm，支持 TE 偏振的商用可調諧光纖激光器或外腔二極管激光器（ECDL）；蝶形模塊內置 TEC 支持精確溫度調諧。

DKS 微腔光頻梳系統 — DLT-DKS-TK-1550

蝶形封裝孤子光梳發生器 — DLT-DKS-BF/BD-1550

微腔光頻梳-Kerr耗散孤子頻率梳的典型應用

·        相干光通信與 DWDM 光源：DKS 微梳的大 FSR（10–1000 GHz）天然匹配密集波分復用（DWDM）信道間隔，單芯片即可替代數十個獨立可調諧激光器（ITLA），顯著降低多波長發射器的功耗、體積與成本。適用于數據中心互連、長距離光纖傳輸和衛星激光通信。

·        微波光子學與射頻生成：超低相位噪聲梳齒 + 恒定齒間相位關系，支持高頻微波/毫米波信號的光子學生成與任意波形產生（AWG）。無需高壓射頻放大即可實現寬帶頻率覆蓋，支撐雷達、電子戰與 5G/6G 無線通信。

·        雙梳光譜學（Dual-Comb spectroscopy）：兩套 DKS 微梳的相干雙梳配置可實現無機械掃描的快速、高分辨率多組分氣體檢測，適用于燃燒診斷、大氣監測、工業過程控制與呼氣分析等場景。

·        超快激光測距與 LiDAR：雙梳測距（Dual-Comb Ranging）技術支持亞微米級精度與千赫茲級更新速率的無模糊距離測量，適用于自動駕駛感知、工業計量與衛星編隊飛行。

·        量子計算與量子網絡：多通道 kHz 線寬相干梳齒為離子阱量子比特操控、里德堡原子激發和糾纏光子對生成提供高質量的并行激光源，支撐可擴展量子處理器架構。

·        精密光譜學與頻率計量：寬帶光譜 + kHz 級窄線寬梳齒，適用于原子/分子躍遷頻率的精密測量、光學原子鐘的頻率鏈構建及基本物理常數的高精度測定。

·        光電振蕩器（OEO）與低相噪微波源：利用 DKS 微梳的高 Q 光學參考實現超低相位噪聲微波振蕩器，為雷達系統、射頻測試設備和通信基站提供高性能時鐘信號。

·        光學頻率合成：以 DKS 微梳為頻率參考，實現從射頻到光頻的相干頻率跨接與合成，支撐下一代頻率敏捷雷達與光譜分析系統。