微腔光频梳（Kerr耗散孤子频率梳）

微腔光频梳（Kerr耗散孤子频率梳）

DKS 微腔光频梳是一套基于耗散克尔孤子（Dissipative Kerr Soliton, DKS）原理的光子集成电路（PIC）频率梳产品生态，依托 DeepLight 专有的超低损耗氮化硅（Si₃N₄）光子集成平台和无铜硅衬底技术，实现从芯片级孤子发生器到即插即用整机系统的全栈产品覆盖。

DKS 微腔光频梳利用外部连续波（CW）泵浦激光注入高 Q 值微环谐振器，通过四波混频（Four-Wave Mixing, FWM）非线性效应在芯片上直接产生宽带、等间距、相干频率梳。与传统锁模激光器频率梳相比，DKS 微腔光梳具有超大自由光谱范围（FSR：10–1000 GHz）、芯片级集成、低功耗和高可靠性等显著优势，是下一代相干光通信、微波光子学、精密光谱学、量子计算和超快测距等应用的理想多波长光源。

DeepLight 微腔光梳产品生态建立在以下四项核心专立技术之上：

·        无铜硅晶圆（Copper-Free Si Wafer）：从衬底层面消除铜扩散导致的吸收中心——铜污染是造成 PIC 热漂移和 Q 值降低的根源。无铜晶圆使 Si₃N₄ 微腔可稳定产生确定性孤子，尤其在低重复频率（~40 GHz）高热敏感区域下优势显著。该技术发表于 Nature 646, 843–849 (2025)。

·        光子镶嵌工艺（Photonic Damascene Process）：专有的超低损耗 Si₃N₄ 波导制造工艺，实现 < 5 dB/m 波导损耗和 > 10×10⁶ 本征 Q 值，支持厚膜（> 800 nm）氮化硅以产生高反常色散和强克尔非线性。

·        混合 PIC 集成架构：Si₃N₄ 无源波导腔 + 片上微加热器 + TFLN 电光调制 + III-V 增益介质的多材料混合集成，实现从泵浦到梳齿输出的全功能片上集成。

·        DKS 确定性稳定控制：通过消除热拖曳效应（无铜晶圆）+ 片上微加热器梳齿对准 + 压电 MEMS 快速波长扫描，实现仅需标准激光调谐即可可靠进入单孤子态，无需辅助激光或复杂热反馈。

DeepLight微腔光频梳产品生态涵盖以下五大核心产品线：

·        DLT-DKS-TK-1550 — 机架式整机系统：全集成 19 英寸机架式 DKS 微梳系统，内置泵浦激光器与控制电子单元，支持 USB 程控一键式单孤子启动，适用于实验室桌面与便携式部署。

·        DLT-DKS-BF-1550 — 蝶形封装孤子发生器：14-pin 蝶形封装模块，内置 TEC 与热敏电阻，FC/APC 保偏光纤接口，可直接集成至系统级实验。

·        DLT-DKS-BD-1550 — 裸片级孤子发生器：已知性能芯片裸片（Known-Good Die），含片上微加热器与完整表征报告，适用于封装级定制集成。

·        DLT-CF-Wafer — 无铜硅晶圆：无铜污染硅晶圆，从衬底层消除铜扩散导致的吸收损耗与热漂移，保障超低损耗 PIC 的可重复晶圆级制造。

·        DLT-SiN-MPW — 共享/定制 Si₃N₄ 多项目晶圆流片：基于无铜晶圆与光子镶嵌（Photonic Damascene）工艺的共享 MPW 与定制流片服务，提供完整设计支持（DRC 检查 + 微加热器集成）。

产品特点

·        超低损耗 Si₃N₄ PIC 平台：基于专立无铜硅晶圆与光子镶嵌（Photonic Damascene）工艺，实现 < 5 dB/m 超低波导损耗，本征 Q 值 > 10×10⁶（典型值），为稳定单孤子产生提供物理基础。

·        确定性孤子产生：通过消除铜污染从根本上抑制热拖曳效应（Thermal Drag），仅需标准波长扫描即可可靠进入单孤子态，无需复杂热补偿电路或辅助激光器。

·        超大 FSR 范围（10–1000 GHz）：远超传统锁模激光器频率梳（通常 < 10 GHz），特别适合 WDM 光通信、微波光子学和超快测距等高重复频率应用。

·        宽带光谱覆盖：3 dB 带宽 > 10 nm（典型 > 27 nm，对应 > 17 根梳齿），10 dB 带宽 > 56 nm（> 35 根梳齿），光谱包络平滑，梳齿间相位关系恒定。

·        窄梳齿线宽 < 10 kHz（洛伦兹瞬时线宽）：源自超高 Q 值微腔的极低相位噪声特性，梳齿相干性优异，满足精密计量与相干通信对光谱纯度的严苛要求。

·        高梳齿功率：中心梳齿功率 > 0 dbm（整机系统），10 根中心梳齿功率 -5 至 +5 dBm，支持多通道直接探测而无需额外放大。

·        即插即用整机操作（TK 系列）：一键式单孤子启动序列，标准 USB 接口程控，19 英寸机架式紧凑设计，蕞小化用户干预，确保可重复、稳定的梳齿输出。

·        灵活集成层次：提供裸片（Bare Die）、蝶形封装模块（Butterfly Module）和整机系统（Turn-key System）三种产品形态，覆盖从学术原型验证到工业批量部署的全场景需求。

·        低泵浦阈值功率：标准 100 GHz FSR 器件孤子产生阈值 < 100 mW（片上功率），支持使用标准可调谐半导体激光器作为泵浦源，无需高功率光纤放大器。

·        多泵浦兼容性：推荐泵浦波长 1545–1560 nm，支持 TE 偏振的商用可调谐光纤激光器或外腔二极管激光器（ECDL）；蝶形模块内置 TEC 支持精确温度调谐。

DKS 微腔光频梳系统 — DLT-DKS-TK-1550

蝶形封装孤子光梳发生器 — DLT-DKS-BF/BD-1550

典型应用

·        相干光通信与 DWDM 光源：DKS 微梳的大 FSR（10–1000 GHz）天然匹配密集波分复用（DWDM）信道间隔，单芯片即可替代数十个独立可调谐激光器（ITLA），显著降低多波长发射器的功耗、体积与成本。适用于数据中心互连、长距离光纤传输和卫星激光通信。

·        微波光子学与射频生成：超低相位噪声梳齿 + 恒定齿间相位关系，支持高频微波/毫米波信号的光子学生成与任意波形产生（AWG）。无需高压射频放大即可实现宽带频率覆盖，支撑雷达、电子战与 5G/6G 无线通信。

·        双梳光谱学（Dual-Comb spectroscopy）：两套 DKS 微梳的相干双梳配置可实现无机械扫描的快速、高分辨率多组分气体检测，适用于燃烧诊断、大气监测、工业过程控制与呼气分析等场景。

·        超快激光测距与 LiDAR：双梳测距（Dual-Comb Ranging）技术支持亚微米级精度与千赫兹级更新速率的无模糊距离测量，适用于自动驾驶感知、工业计量与卫星编队飞行。

·        量子计算与量子网络：多通道 kHz 线宽相干梳齿为离子阱量子比特操控、里德堡原子激发和纠缠光子对生成提供高质量的并行激光源，支撑可扩展量子处理器架构。

·        精密光谱学与频率计量：宽带光谱 + kHz 级窄线宽梳齿，适用于原子/分子跃迁频率的精密测量、光学原子钟的频率链构建及基本物理常数的高精度测定。

·        光电振荡器（OEO）与低相噪微波源：利用 DKS 微梳的高 Q 光学参考实现超低相位噪声微波振荡器，为雷达系统、射频测试设备和通信基站提供高性能时钟信号。

·        光学频率合成：以 DKS 微梳为频率参考，实现从射频到光频的相干频率跨接与合成，支撑下一代频率敏捷雷达与光谱分析系统。