近日，普渡大学的研究团队发表了一项创新研究，宣布他们成功研发出一种基于硅光子微环谐振器的高分辨率脉冲整形器。这种新型脉冲整形器能够在GHz级的频率间隔上实现波形的相位补偿与调控，具备生成任意波形的能力。该工作以“Silicon photonic microresonator-based high-resolution line-by-line pulse shaping”为题，发表在《自然通讯》期刊上。
在超快光学、射频光子学和量子通信等领域，光脉冲整形技术有着广泛应用。然而，现有系统往往依赖于体积较大的光学设备或平面波导结构，难以实现亚GHz级的高精度光谱控制。研究团队为了解决这一问题，设计并制造了基于微环谐振器滤波器的硅光子整形器。这种整形器不仅能够进行逐线的相位补偿，还具备可扩展的高光谱分辨率。
图1：器件和芯片示意图。
在实验中，研究人员通过集成相位控制的微谐振器阵列展示了对3 GHz间隔的光梳线进行精准的相位调控，生成了时域内的任意波形。这一可扩展的设计和控制方案，极大地提高了未来高精度光谱整形的潜力。此次，研究团队通过六通道硅光子整形器的微谐振器滤波阵列设计，不仅降低了系统尺寸，还提升了分辨率至亚GHz级别（约900MHz）。此外，研究团队通过结合多频谱测量技术，有效地克服了热串扰问题，确保了整形器在不同频率网格上的精确对齐与相位调节。
高分辨率的光脉冲整形技术在量子信息处理和微波光子学中有着巨大的应用潜力。研究人员指出，这种微谐振器技术将为频率编码的量子信息处理提供便利，能够在计算空间中实现更为精细的模式调控。此外，脉冲整形技术在精确控制离子或原子中的光跃迁、生成与量子限制相关的电压标准方面也有着广泛应用。
尽管目前的微谐振器整形器已具备了显著的高分辨率和低损耗特性，研究人员仍表示，未来将通过进一步优化谐振器设计来提高系统的分辨率，并扩大整形通道的数量。随着微谐振器Q因子的提升和热串扰的进一步抑制，未来该系统有望在更大规模集成中应用，并实现更高精度的光谱整形能力。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-52051-9
