ナノフォトニクス：タンタル酸リチウムにおける超広帯域集積電気光学周波数コム
Nature 637, 8048 doi: 10.1038/s41586-024-08354-4
カーパラメトリック発振に基づく集積周波数コムジェネレーターは、チップスケールのギガヘルツ間隔のコムを実現し、その新たな応用は、ハイパースケール遠隔通信、低雑音マイクロ波合成、光検出と測距、天体物理学的分光計の較正に及んでいる。ニオブ酸リチウム（LiNbO3）フォトニック集積回路（PIC）の最近の進歩の結果、チップスケールの電気光学（EO）周波数コムが得られ、散逸カーソリトンの形成に依存することなく、正確なコムラインの位置決めと簡単な動作が可能になった。しかし、現状の集積EOコムは、非共振容量性電極を駆動するために必要なマイクロ波電力が大きいことと、LiNbO3の強い固有複屈折に起因して、スペクトル範囲に限界がある。今回我々は、モノリシック・マイクロ波集積回路と、最近登場した薄膜タンタル酸リチウム（LiTaO3）を用いたPICを組み合わせた、集積化三重共振アーキテクチャーによって、この2つの課題を克服した。我々は、LiTaO3における共振により増強されたEO相互作用と低減された複屈折により、従来の非共振マイクロ波設計と比較して、コムスパンの4倍の拡張と16倍の電力削減を達成した。このコムは、ハイブリッド集積レーザー・ダイオードによって駆動され、450 nm以上（60 THz以上）のスパンを示し、2000本以上のコムラインを持ち、ジェネレーターは1 cm2の小型のフットプリントに収まる。さらに我々は、強力なEO結合が、光マイクロ共振器の全自由スペクトル範囲に迫るコムの存在範囲の増大につながることを観測した。超広帯域コムジェネレーターは、デチューニングにとらわれない動作と相まって、チップスケールのスペクトロメトリーや超低ノイズミリ波合成を進展させてオクターブスパンのEOコムへの扉を開け放つ可能性がある。マイクロ波とフォトニクスを協調設計する今回の方法論は、広範な集積EO用途に拡張することができる。
