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微纳加工公司

摘要：基于原子和捕获离子的系统是新一代量子定位、导航和计时（PNT）技术的核心。这些量子系统的微型化提供了巨大的技术优势，特别是在减小系统尺寸、重量和功耗方面。然而，这一进展受到限制，因为在适用于这些仪器的波长范围内，尚缺乏紧凑的、独立的光子集成电路（PIC）。为了推动这些光子系统的发展，需要在亚微米波长范围内开发完全集成的片上有源组件。我们展示了基于InGaAs量子阱有源区域与五氧化二钽（Ta2O5）无源组件在晶圆级键合的异质光子集成电路，工作波长为980 nm。该高良率工艺提供了超过95%的表面区域良率，并实现了在76.2 mm（3英寸）硅晶圆上集成超过1300个有源组件。我们展示了一组多样化的功能，包括半导体光放大器、法布里-珀罗激光器和分布反馈激光器，具有43 dB的旁模抑制比和超过250 GHz的单模调谐范围。我们通过泵浦在同一平台上制造的微环谐振器中的光学参量振荡过程，测试了片上激光器的精确波长控制和系统级功能，生成了778 nm和752 nm的短波长信号。这些结果为实现功能完整的集成光子引擎提供了途径，旨在为基于原子和捕获离子系统的紧凑量子传感器的运行提供支持。

结论

我们利用我们的DFB激光器作为泵浦源，用于基于𝜒(3)微环谐振器的退化OPO，展示了片上有源组件的系统级功能和实用性。谐振器在与激光集成使用的相同570 nm厚度的钽平台上设计和制造，展示了未来将泵浦激光二极管与微环谐振器集成以实现单片OPO的潜力。我们最大的信号到闲频光频率跨度为183 THz，生成的最短波长信号为752 nm，受限于现有的谐振器几何形状。

本研究中展示的异质集成方法不依赖于GaAs基量子阱层堆叠的设计。我们可以利用这种灵活性，实现在700 nm至980 nm波长范围内的有源功能光子集成电路。在这种平台上，可以设想一个集成有源组件的异质光子集成电路，工作在700 nm至980 nm波长范围内。在这样的平台中，泵浦激光器将与各种无源组件集成，设计用于不同的非线性光学相互作用，如频率梳生成和非线性波长转换，以生成更短、难以接入的波长。可以设计完全功能的光子系统，支持生成、路由和操控多个波长，以满足基于特定原子蒸气池或捕获离子的量子系统的操作需求。这些集成的量子技术具有通过可扩展的小型化重塑多种高影响力行业的潜力。因此，这些系统的部署可能会标志着范式的转变，提供强大、便携、且可能具有自治能力的（免GPS）定位、导航和计时（PNT）系统。

划重点

提供 Ta2O5氧化钽薄膜晶圆（蒸发镀膜，磁控溅射），提供折射率数据

划重点

从目前我们看到的 

单材料波导平台：sicoi,lnoi,ltoi,InGaPOI,inpoi,GAASOI,TI-SAPPHIREOI（nature）

异质集成平台：sin/soi-lt/ln 

三五和无源波导集成平台：inp/gaas-soi/sin

晶体和无源波导集成平台;Ce-Yig-OI--nature文章

上述三种平台无疑都用到了先进的键合设备，表面活化键合（键合气泡少，可用面积多）和D2W键合，同时上述两种设备技术较为先进，采购价格较贵（几百到上千万），国内很多平台，单位，学校都还没有，因此我们可以看到，欧洲和美国在光子学异质集成光子学领域创新层出不穷，同时也出现了很多基于异质集成光子学技术的初创企业，国内也有一部分异质集成光子学企业，但大多也为国外归国人才创建。

为了解决这个问题，(表面活化键合和D2W芯片对晶圆键合，尤其适用无源波导上异质集成三五族激光器)

小编为大家提供多材料（InAlAs,Inp,InGaAs,inp,gaas,铌酸锂，晶体，碳化硅，磷化铟，砷化镓，钽酸锂，碳化硅，氮化镓，砷化镓，氮化硅，等等等等）和多材料键合加工，离子注入，抛光煎薄的全流程 全产线，自主可控复合衬底加工，您收到我们的衬底后，可以基于自己单位的平台进行后道的刻蚀工艺的开发。

同时可以提供两类工艺 

键合可以亲水键合+退火或者室温表面活化键合+改性层或者D2W芯片和晶圆键合

薄膜层的获取可以通过smartcut离子注入（厚度控制精准，膜层有损伤）+退火cmp或者机械减薄+cmp（厚度控制不精准，但是膜层没损伤）

三五外延衬底层的去除可以使用湿法工艺去除，基于此平台，您可以做

多材料间的异质集成创新，

如果想要了解更多可以联系小编

引言
基于光学控制的中性原子和捕获离子的量子系统是几项新兴技术的重要组成部分。这些技术包括利用捕获离子量子比特进行的量子信息处理[1, 2]，光学原子钟[3–5]，用于全球定位系统（GPS）自由导航的冷原子干涉仪[6–8]，磁力计[9, 10]和重力仪[11]。考虑到广泛的应用基础，已有大量工作致力于通过微加工小型蒸汽池[12, 13]和离子阱[14]，以及与光子电路的集成[15–20]，来开发具有减小外形的量子系统。尽管取得了这些进展，但量子系统尚未达到其完全的可扩展性和微型化潜力。这部分原因在于缺乏能够在所需波长范围内控制这些系统的片上激光源和异质光子集成电路（PIC），包括可见光和紫外波长范围[3, 4, 21–26]。

来自数据通信和通信行业的需求促使了1310 nm和1550 nm波长范围内异质光子集成电路（PIC）的快速发展[27–30]。这些平台基于InAs量子点[31]和InP基量子阱（QW）[32]增益区与硅光子集成的结合。然而，由于增益介质的类型和硅带隙吸收，这些平台不支持亚微米波长。在这些较短波长下无法使用硅光子学，因此需要开发涉及大带隙、低折射率的光子材料，这些材料基于沉积介质。最近，基于GaAs基有源材料与氮化硅（Si3N4）在芯片级键合的短波长异质光子集成电路已被展示，其系统功能工作在980 nm[33]和780 nm[34]波长下。

在本文中，我们提出了一种基于异质集成的新的集成光子平台，该平台结合了InGaAs-on-GaAs量子阱（QW）有源区域和五氧化二钽（Ta2O5，亦称为钽）无源区域。钽是一种超低损耗的沉积介电材料，具有宽广的透明窗口，涵盖从紫外到中红外波长范围，并且在980 nm时的折射率约为2.11[35]。与Si3N4相比，钽具有一些重要的材料优势，使其成为与有源组件集成的有吸引力的光子平台。具体来说，它可以在室温下使用离子束溅射沉积，需要低于600°C的退火温度来实现低材料吸收，具有较低的残余应力，并且具有较小的热光系数（8.8 × 10−6 1/K）。该III-V半导体/钽平台在980 nm下提供亚微米功能，并具有多种组件，如半导体光放大器（SOAs）、法布里-珀罗（FP）激光器和可调单模分布反馈（DFB）激光器。我们进一步通过泵浦基于第三阶𝜒(3)非线性的宽带退化光学参量振荡（OPO）过程[36]，在色散工程微环谐振器中展示了单模激光器的应用。

晶圆级制造
异质光子集成电路（PIC）由III-V族外延层堆叠与无源光子学集成在共同基板上。为这种集成开发的制造工艺主要基于芯片级集成方法，如微转印打印[37]和芯片级键合[33]。在微转印打印中，有源器件在其原生基板（InP或GaAs）上形成，然后通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章释放并转移到基于硅的光子电路上[37]。该工艺通过在其原生基板上制造有源组件来简化加工，但由于其粗略的对准精度（±500 nm），需要设计耐错位的结构[37, 38]。在芯片级键合的情况下，它能够精确对准无源光子学和有源组件，并且对准精度受限于光刻步骤。该工艺还可以将不同设计的III-V材料键合到同一光子晶圆上。然而，最终的设备良率受限于键合的III-V芯片数量及其表面积[39]。

图1. 异质钽光子集成电路（PIC）的晶圆级制造。
(a) 简化的工艺流程，展示III-V材料堆叠的晶圆级键合和有源组件的形成。
(b) SiO2顶部包层沉积后的加工过的76.2 mm晶圆的相机图像。
(c) 完整功能芯片的聚焦堆叠相机图像，包含32个集成有源组件。
(d) 片上DFB激光器的显微镜图像。
(e) 扫描电子显微镜（SEM）图像，展示集成在钽波导上的图案化和刻蚀的III-V有源区域。
(f) 放大的假彩色SEM图像，展示III-V到钽的过渡锥形结构。此处的颜色与(a)中的配色方案一致。

我们开发了一种基于III-V半导体层堆叠与钽光子集成电路（PIC）在76.2 mm（3英寸）硅晶圆上的晶圆级键合的制造工艺。晶圆级键合工艺能够利用整个晶圆，提供超过95%的表面区域良率，以实现有源和无源组件的高密度集成，且对准精度小于10 nm（受限于光刻设备）。我们利用该工艺生产超过40个芯片，每个芯片上集成了超过一千个有源组件。图1a展示了简化的晶圆级工艺流程。我们使用分子束外延法（MBE）在76.2 mm的GaAs基板上生长与其晶格匹配的AlGaAs/InGaAs有源层。外延层堆叠由两层7.25 nm厚的In21Ga79As量子阱（QW）层组成，层与层之间用10 nm厚的GaAs屏障隔开[40, 41]（完整外延层堆叠请参见补充材料1）。在氧化硅晶圆上，通过离子束溅射沉积570 nm厚的钽薄膜，钽薄膜上覆盖800 nm厚的热SiO2层，形成PIC的波导层。波导结构，包括所需的路由波导、芯片耦合器和反馈结构，通过电子束光刻（EBL）和基于CHF3/CF4/A等离子体的干法刻蚀工艺形成。然后，76.2 mm的GaAs外延晶圆在使用原子层沉积（ALD）沉积12 nm的Al2O3中间层和O2等离子体表面激活后，直接键合到钽晶圆上。键合后，使用NH4OH/H2O2湿法刻蚀去除GaAs基板，暴露出外延半导体层堆叠（有关晶圆级键合外延层在钽晶圆上的相机图像，请参见补充材料1中的图1s）。

为了形成电泵浦的有源组件（图1e），我们首先通过去除沉积的Ti/Au/Ti（5 nm/50 nm/5 nm）薄膜，形成与III-V层堆叠上方的p型Be掺杂GaAs层的接触。接下来，通过电子束光刻（EBL）对激光台阶和底部n型接触结构进行图案化，并使用BCl3/Cl2/Ar化学品进行干法刻蚀。III-V刻蚀完成后，沉积10 nm的ALD Al2O3，以钝化III-V结构的刻蚀侧壁，并通过去除50 nm/100 nm/250 nm/5 nm厚的Pd/Ge/Au/Ti金属堆叠形成与n型Si掺杂半导体的电接触。然后，我们沉积1.4 µm厚的SiO2层，作为钽波导的光学顶部包层和二极管的电隔离。图1b展示了SiO2顶部包层沉积后的处理过的76.2 mm晶圆的相机图像。激光器的制造通过在顶部包层中刻蚀通孔以访问接触金属，并通过电子束沉积1 µm厚的金探针垫（图1c-d）完成。

实现异质光子集成电路（PIC）的一个关键组件是耦合结构，它促进了从III-V材料到无源波导的有效光耦合。从高折射率的III-V器件（𝑛eff ≈ 3.32）到低折射率的钽波导（𝑛eff ≈ 1.95）实现高效的模式过渡需要设计复杂的光子结构。一种可能的设计是使用中介材料作为模式转换器[33]。在我们的设计中，耦合结构基于在III-V有源区域两端刻蚀的多级反向锥形结构（图1f）。III-V的高折射率导致光学模式主要局限于III-V台阶。我们首先将III-V脊从主要有源区域宽度锥形化至100 nm的尖端（图1f中的红色锥形）。这降低了有效模态折射率，从而实现了光模式有效过渡到下方的n型接触层。然后，n型接触层（图1f中的橙色区域）分两级锥形化至100 nm尖端，以促进光耦合到钽波导，模拟的耦合效率为86%（多级锥形设计的详细信息见补充材料1）。

集成单模激光器
单模激光器将在为紧凑型原子系统的控制和操作设计的集成光子引擎中占据核心位置[33, 34, 42]。分布反馈（DFB）激光器是最广泛使用的单模激光器之一，因其简单的腔体设计、高旁模抑制比（SMSR）和长期稳定性。然而，自由运行的DFB激光器通常具有几兆赫兹的典型线宽，这比量子科学和技术中的许多应用所需的线宽要宽。最近，已证明通过将这些激光器自注入锁定到高质量因子、低模式体积的微谐振器中并集成到低损耗的光子集成电路（PIC）中时，其频率噪声可以抑制超过20 dB[43,44]，从而超越了稳定化光纤激光源[45]。

图2. DFB激光器的光学测试。
(a) DFB腔体的示意图，其中光栅反馈强度𝜅较低的刻蚀位于钽波导中。
(b) 计算的DFB光栅强度𝜅与钽刻蚀深度的关系。
(c) 测量的激光功率-电流和电压-电流曲线，展示了一款工作在998 nm的制造设备。
(d) 计算和测量的激光波长与DFB光栅周期的关系，显示设计与测量波长在1.5 nm以内的良好一致性。
(e) 测量的光谱和激光器的旁模抑制比（SMSR），分别展示在左、中和右面板，工作波长为975 nm、985 nm和998 nm。

我们在III-V/钽平台上制造并表征了基于文献[46, 47]中的腔体设计的DFB激光器。图2a展示了DFB腔体的示意图。在有源区域，我们通过在钽波导的高度上形成DFB光栅（图2b，插图）来设计激光器。这利用了钽波导结构与光的重叠光功率较小（约0.5%），从而实现了较低的光栅反馈强度。在光栅结构的中间放置了一个四分之一波长相位移元件，以便在光栅的布拉格频率处实现单一激光模式[48]。图2b展示了光栅刻蚀深度依赖的反馈强度计算，公式为𝜅 = (1/Λ) (Δ𝑛/𝑛)，其中Λ = (𝜆0/4) (1/𝑛0 + 1/𝑛1)，Δ𝑛 = |𝑛1 − 𝑛0|，𝑛 = (𝑛0 + 𝑛1)/2 [48]。这里，𝜆0是反馈波长，𝑛1和𝑛0分别是有无光栅起伏的光栅段的有效模式折射率。我们目标的光栅刻蚀深度为8 nm，对应的反馈强度为𝜅 = 10 cm−1，在1.2 mm长的有源区域内，产生的腔体反馈强度为𝜅𝐿 = 1.2，且有效镜面反射率为29%。

我们将激光芯片安装在温控台上进行光学测试和表征，测试温度范围从6°C到35°C。在测试过程中，我们通过注入电流并监控设备两端的电压降以及激光的输出光功率来进行测量。为了监控输出功率，我们将一个宽面积的光电二极管与芯片的一个光面对接，并通过12度角的光面耦合器收集生成的光。图2c展示了对于光栅周期为152 nm的DFB激光器，在20°C台面温度下，激光电压（绿色）和光功率（紫色）曲线与注入电流的关系。测得的阈值电流为45 mA，最大记录的输出功率为2 mW，在100 mA注入电流下。输出功率的拐点归因于激光腔内与热相关的纵向模式跳跃[49]。激光模式由DFB光栅共振与腔体的纵向模式之一在高光谱增益波长处的光谱对准来定义。随着注入电流的增加，III-V增益光谱的红移速率高于DFB光栅共振的红移速率。这导致腔体模式与光栅反馈峰值的调谐不匹配，造成输出功率下降，直到下一个纵向模式对准。

为了测量光谱，我们将激光输出耦合到一个单模980 nm透镜光纤（3 dB ± 1 dB耦合效率），并使用光谱分析仪（OSA）记录光谱，分辨带宽限制为0.05 nm（15.6 GHz）。图2e展示了记录的光谱和三个DFB激光器的旁模抑制比（SMSR），它们的光栅周期分别为148 nm、150 nm和152 nm，分别展示在左、中、右面板上。活性区域两侧的相位加热元件（图1d）使得激光器具有电流依赖的无模式跳跃调谐范围，调谐范围大于250 GHz，调谐速率分别为26.5 pm/mA、16.6 pm/mA和24.0 pm/mA（请参见补充材料1）。图2d展示了作为反馈光栅周期函数的DFB激光器的计算和测量激光波长。我们观察到设计波长与测量波长之间的良好一致性，偏差不超过1.5 nm。激光波长使用公式𝜆 = 2𝑛Λ计算。为了准确计算𝑛，我们使用COMSOL多物理场模拟半导体二极管中的热传递，模拟在特定注入电流下的量子阱（QW）设备温度。然后，我们使用钽的折射率数据[35]和III-V材料堆叠[50]，估算在模拟设备温度下的𝑛0和𝑛1。

图3. DFB激光器的单模操作和频率噪声特性。
激光器反馈光栅周期为150 nm时，（a）激光波长和（b）旁模抑制比随台面温度和注入电流增加的二维映射。
(c) 在976 nm工作时（反馈光栅周期为148 nm，注入电流为76 mA）的激光频率噪声功率谱密度。

为了更好地理解激光器的单模操作，我们绘制了DFB激光器在985 nm工作时的激光峰值波长和旁模抑制比（SMSR）的二维图，分别以注入电流（横轴）和台面温度（纵轴）为函数，如图3a和3b所示。为了确定单模操作区域，我们将台面温度从6°C调节到32°C，温度增量为1°C，确保每个设定点的稳定性，公差为±5 m°C。在每个温度设定点，注入电流从40 mA调节到100 mA，增量为1 mA，并使用光谱分析仪（OSA）记录光学光谱。图3a和3b中的白色区域表示激光器在该电流和温度设置下工作在阈值以下。图3a中可以看到，随着注入电流和台面温度的增加，激光峰值波长发生红移。我们观察到在注入电流约65-75 mA时，激光波长发生纵向模式跳跃，这取决于台面温度。在低于此电流水平时，DFB激光器表现为多模行为，表现在低SMSR上。模式跳跃后，激光器在单模区域工作，其中SMSR在宽范围的注入电流（70 mA到100 mA）和台面温度（6°C到28°C）下保持大于30 dB。

我们使用基于光纤的、经过校准的非平衡马赫-曾德尔干涉仪（MZI）测量激光频率噪声（FN）的功率谱密度（PSD）。该MZI的自由谱范围为800 MHz，并作为光频率鉴别器。图3c展示了在注入电流为76 mA时，工作在976 nm的DFB激光器（旁模抑制比为43 dB）的测量频率噪声PSD。在频率偏移小于1 MHz时，频率噪声PSD按预期与频率成反比。频率噪声PSD在白噪声水平4 × 10^5 Hz²/Hz处趋于平坦，表明激光的基本线宽为1.2 MHz，由腔体长度限制[51]。我们基于两种方法计算激光的积分线宽，分别是1/𝜋方法[52]和𝛽-separation线方法[53]。在1/𝜋方法中，积分线宽定义为累积相位噪声（即频率噪声PSD曲线下的面积）达到1/𝜋 rad²时的傅里叶频率偏移。对于图3c中的数据，我们从测量的最高频率偏移（150 MHz）开始计算累积相位噪声，得到积分线宽为2.0 MHz。当应用于理想的白频率噪声激光源时，1/𝜋方法给出了洛伦兹线形的半峰宽[54]。𝛽-separation线方法对于具有白噪声以外的附加频率噪声的激光源提供了更好的积分线宽估计，因为它还考虑了技术噪声和闪烁噪声。在此方法中，频率噪声谱分为两部分，由𝛽-separation线分隔，𝑆𝛿𝜈 = 8 ln(2) 𝑓 /𝜋²（图3c中的虚线）。这里，𝑆𝛿𝜈是频率噪声PSD，𝑓是傅里叶频率偏移。在𝑆𝛿𝜈 < 𝛽-line的频率噪声区域，噪声频率过快，其调制指数过慢，无法显著扩展激光线宽。相反，在𝑆𝛿𝜈 > 𝛽-line的区域（图3c中绿色标出的部分），噪声水平相对于傅里叶频率较高，并导致激光线形的高斯展宽。在该方法中，积分激光线宽被计算为高调制指数区域内频率噪声PSD曲线下的面积。我们使用𝛽-separation线方法计算得到的积分线宽为9.4 MHz。

系统级操作与展望

图4.
(a) 制造的异质钽光子集成电路（PIC）的三维渲染，支持低损耗无源PIC与有源组件的多功能晶圆级集成。
(b-e) 在该平台上展示的有源和无源功能。从左到右：
(b) 基于分布反馈腔体的单模激光器，
(c) 超低损耗的钽波导和高品质因子微环谐振器，
(d) 集成环镜的法布里-珀罗（FP）激光器，刻蚀于钽波导中，
(e) 集成SOA的钽光子集成电路，在987.4 nm波长下具有24.5 dB的小信号增益。

图4a展示了异质III-V/钽光子集成电路（PIC）的三维示意图，突出了具有不同功能的无源和有源组件的多功能集成。除了单模激光器（图4b）外，我们还展示了多种光子组件。沉积的钽层的低光学损耗以及SiO2顶部包层，使得能够制造高品质因子（高Q）微环谐振器[55]。这些谐振器对于需要高性能腔体的应用至关重要，例如窄带滤波器和高效的非线性光学过程。图4c展示了一个高Q微环谐振器，其内在质量因子为2.5 × 10^6，在1064 nm工作，环宽为2.0 µm。图4d展示了一个1.5 mm长的法布里-珀罗（FP）激光器，阈值电流为40 mA，波导耦合的输出功率大于2 mW。
半导体光放大器（SOAs）是光子系统的一个重要组成部分。图4e展示了一个2 mm长的集成SOA的片上增益光谱，工作在105 mA注入电流下，针对不同波长的输出光谱。这些设备通常用于启用系统功能，应用于需要高光功率的场合，如微环谐振器中的频率梳生成和波长转换的非线性光学相互作用。这里，散点数据是使用调谐激光器耦合到SOA的TE0模式，且片上输入功率为25 µW时测量的。黑色曲线代表使用𝐺(𝜆) = 𝐺𝑝 exp [−𝐴(𝜆 − 𝜆𝑝)²]对数据的拟合，其中𝐺𝑝是片上增益峰值，𝜆𝑝是增益峰值波长，𝐴与3 dB增益带宽相关，通过Δ𝜆 = 2√︁ ln 2/𝐴计算[56]。我们计算得到的增益峰值、波长和3 dB带宽分别为24.5 dB、987.4 nm和8.5 nm。我们还通过使用𝐺𝑝 = exp [𝑔𝑛𝑒𝑡(𝜆𝑝)𝐿]从𝐺𝑝因子计算得到的峰值模态增益𝑔𝑛𝑒𝑡(𝜆𝑝)为28.2 cm−1[56]。
新兴的量子集成光子系统需要在可见光谱内工作，并延伸至紫外波长的片上激光器。通过非线性光学相互作用如OPO[36, 57–59]和二次谐波生成[60]，对常见泵浦激光器的目标波长转换已被证明是实现片上生成短波长、难以接入的波长的可行途径，特别是在“绿色缺口”[57, 61]和蓝色波长[60]范围内。我们通过泵浦微环谐振器中的OPO过程来测试集成DFB激光器在这些非线性光学相互作用中的应用，微环谐振器是在单独的钽光子集成电路（PIC）中制造的。图5a展示了OPO泵浦的实验 setup。我们将激光输出（在976 nm工作，图2e，左面板）耦合到一个980 nm的单模光纤中。然后，我们使用光纤耦合的光放大器将激光光束放大到超过100 mW，以达到OPO过程的阈值。放大后的光束通过6 dB耦合损耗的透镜光纤耦合到一个单独的钽光子集成电路中，该电路具有制造好的微环谐振器。对于OPO泵浦，我们调节激光的电流和温度，将其波长调谐到与微谐振器的TE0光学模式的共振，并通过光谱分析仪（OSA）监测输出光谱（图5b）。
不同宽度的微环提供了相位匹配条件，可以在不同波长生成信号光和闲频光。图5c比较了测量的信号光和闲频光波长（散点数据）与不同环宽的理论设计（虚线）。我们通过采用文献[36, 57]中概述的方法进行几何群速度色散（GVD）工程来设计微环谐振器中的OPO过程。谐振器的GVD可以通过调整波导的厚度和宽度以及谐振器的半径来控制。这使得通过几何调节泵浦信号和闲频波的有效模态折射率来控制OPO的相位匹配条件。为了强调平台的兼容性，以便未来激光器和OPO谐振器的异质集成，我们在钽层中设计了与激光集成使用的类似厚度（570 nm）的微环几何形状。进一步选择45 µm的谐振器半径和930 nm - 970 nm范围内的谐振器波导宽度，有助于实现976 nm泵浦波长下的正常GVD值，这是实现宽带OPO过程所必需的[57]。增加微环宽度会导致更宽范围的OPO光谱生成，并且能够实现短波长信号的生成。正如图5b中的橙色和红色曲线所示，我们记录到了分别在宽度为959 nm和966 nm的微环输出端生成的778 nm和750 nm的信号光波长。778 nm的生成信号适用于与基于Rb-87原子蒸气池的便携式原子钟的集成，该原子钟基于双光子吸收原理[62]。

图5. 使用集成DFB激光器泵浦OPO
(a) DFB激光器输出耦合到单模光纤中，并放大至100 mW水平，然后耦合到具有高品质因子（高Q）环形谐振器的第二个钽芯片。使用光纤耦合的光隔离器以防止反射光进入激光器腔体。高Q谐振器的输出光谱通过光谱分析仪（OSA）进行监测。
(b) 测量的不同环宽微环谐振器的输出OPO光谱。
(c) 模拟（虚线）和测量（散点）生成信号和闲频光的波长，作为微环宽度的函数，泵浦激光器波长为976 nm。数据点的颜色与部分(b)中的OSA光谱相匹配。

图5a中的OPO泵浦设置包括两个光隔离器，用于防止反射光进入集成的DFB激光器腔体。异质光子集成电路面临的一个问题是缺乏可靠的片上光隔离器，且其光功率独立的高隔离比（>30 dB）。另一种选择是在集成激光器+OPO系统中（如图4a顶部设备所示），可以通过自注入锁定[63]设计微环的反向反射来实现泵浦激光器的线宽收窄。这可以通过在连接激光输出与微谐振器的总线波导上使用相位加热元件来实现。这样的加热元件可以用来调节反射波的相位，从而实现自注入锁定[44]，并使得无隔离器的光子电路成为可能[64]。

作者：

NIMA NADER,1,* ERIC J. STANTON,1,3,4 GRANT M. BRODNIK,2,3NUSRAT JAHAN,1,3 SKYLER C. WEIGHT, 1,3LINDELL M. WILLIAMS,2,3 ALI ESHAGHIAN DORCHE,1,3,5KEVIN L. SILVERMAN,1 SAE WOO NAM,1 SCOTT B. PAPP,2 ANDRICHARD P. MIRIN,1

1Applied Physics Division, National Institute of Standards and Technology, 325 Broadway, Boulder, CO80305, USA

2Time and Frequency Division, National Institute of Standards and Technology, 325 Broadway, Boulder,CO 80305, USA

3Department of Physics, University of Colorado, 2000 Colorado Avenue, Boulder, CO 80309, USA

4Currently with EMode Photonix, Boulder, CO 80305, USA

5Currently with Nexus Photonics, 6500 Hollister Avenue, Suite 150, Goleta, CA 93117, USA