近日，欧洲瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）和IBM欧洲研究院的研究团队，发表了一项创新研究，宣布他们成功研发出集成的磷化镓光子晶体腔，能够产生宽带耗散克尔频率梳（DKS）孤子。这种磷化镓光子晶体谐振器，不仅展现出超高光学品质因数，还能够在低功率条件下实现稳定的孤子生成。该研究以“Integrated chirped photonic-crystal cavities in gallium phosphide for broadband soliton generation”为题，发表在《Optica》杂志上。
在现代光学中，光子晶体结构因其能够精确控制光的传播和限制而备受关注。然而，以往的硅基微环谐振器虽然广泛应用于频率梳的产生，但其色散调控能力有限。而该研究团队创新性地使用磷化镓（GaP）作为主要材料，这种材料的克尔非线性效应比硅氮化物高出200倍，并且其高折射率允许在器件内部实现强烈的啁啾光子晶体反射镜。
通过采用啁啾光子晶体反射镜，研究团队成功解耦了光损耗和色散的关系，能够实现远超传统微环谐振器的异常色散范围。同时，这种结构还提高了谐振器的品质因数，达到1.2×10^6的高值，远远超过以往报道的同类器件。利用这种独特的设计，研究人员在平均功率仅为23.6 mW的情况下，成功实现了55.9 GHz自由光谱范围（FSR）内稳定的克尔频率梳，并展示了脉冲宽度为60飞秒、带宽为3.0 THz的孤子生成。
研究表明，这种磷化镓光子晶体腔不仅可以在宽频带内产生孤子，而且大大降低了传统方法对高功率的需求。通过采用亚谐波脉冲泵浦技术，该团队在低功率输入下也能够实现稳定的孤子生成。特别是，这种设计的谐振器在解决III-V族材料中常见的热折射效应方面也表现出色，使得在室温下的孤子生成成为可能。
该技术的一个显著优势在于其高效的色散调控能力，能够在光子晶体结构中实现接近任意的色散设计，从而为非线性光学应用，如光频梳、光子计算以及精密测量，提供了更广泛的可能性。
这项突破性的研究不仅展现了磷化镓材料在非线性光学领域的巨大潜力，还为未来的宽带光频梳、低噪声微波生成、光学原子钟等应用提供了强大的技术支持。特别是在光子晶体结构中实现的超宽带孤子生成，为未来更高效、集成化的光子器件设计奠定了基础。
论文链接：
https://doi.org/10.1364/OPTICA.530247
