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精密应用，包括量子计算与传感、毫米波/射频生成和计量，要求具有广泛可调性、超低相位噪声的激光器。目前，这些实验通常使用桌面规模的系统，配备大光学组件和隔离器，以实现所需的噪声、稳定性和可调性。光子集成将使可扩展、可靠和便携的解决方案成为可能。本文报告了一种混合集成的外腔广泛可调激光器，该激光器通过一个10米长的集成线圈谐振腔进行稳定，实现在60纳米调谐范围内，基础线宽为创纪录的3至7赫兹，以及在40纳米范围内1.8E-13 ADEV在6.4毫秒时的27至60赫兹积分线宽，相比现有技术，提供了数量级的频率噪声和积分线宽的减少。该激光器的稳定化无需光学隔离器，利用了光学反馈的抗扰性，能够承受比商用DFB激光器高出30 dB的光学反馈。激光器和参考腔体采用相同的Si3N4 CMOS兼容工艺制造，为实现全集成的可见光至短波红外频率稳定激光器开辟了道路。

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单位：Department of Electrical and Computer Engineering, University of California Santa Barbara, Santa Barbara, CA, USA.

超窄线宽、广泛可调的稳定激光器对一系列精密应用至关重要，包括光学原子钟【1,2】、量子计算【3–6】、计量学【7,8】、量子与光纤传感【9–11】以及低相位噪声的毫米波和射频生成【12,13】。对于这些应用，最为重要的是相位噪声的控制，特别是在低到高载波频偏的范围内，通过瞬时线宽和积分线宽（ILW）来进行表征。为了实现超低线宽，这些激光系统利用大模式体积的实验室规模外腔激光器、体积光学参考腔【14,15】和激光稳定化电路中的光学隔离。在使用波长透明平台的集成将提高可靠性、减小体积、重量、功耗和成本，并实现可扩展性、便携性以及从可见光到短波红外（SWIR）波段的芯片级系统解决方案。然而，迄今为止，将广泛可调、腔体稳定激光器集成到CMOS工艺兼容的集成平台中仍然难以实现。

低瞬时线宽的集成激光器包括自注入锁定激光器【16–19】、受激布里渊散射（SBS）激光器【20–22】、外部布拉格光栅（EDBR）激光器【23】和外腔激光器（ECLs）【24,25】。特别地，由于外腔可调激光器（ECTL）设计具有广泛的波长调谐范围、低基础线宽（FLW）以及能够将激光输出稳定到外部光学参考腔以减少ILW和载波稳定性的能力，因此得到了广泛应用【26–28】。将稳定的ECTL光子集成是向前迈出的关键一步，能够为从可见光到短波红外的稳健解决方案提供支持，作为独立光源，或用于光学频率梳、非线性波长转换和布里渊激光器的泵浦。

氮化硅（Si₃N₄）是一个理想的集成平台【29】，因为它具有从可见光到短波红外（SWIR）波段的低传播损耗。超高品质因子（Q）谐振腔【30,31】、集成增益介质的能力【32】以及与波导兼容的控制和调制技术【33–35】使得实现广泛的芯片级系统成为可能。氮化硅光子学已被用于实现窄调谐低基础线宽（FLW）激光器【36–39】和大模式体积谐振腔参考腔【40,41】。高Q谐振腔能够增加腔内光子寿命和所需的光子数，以减少基础线宽，而大模式体积的激光器和参考腔则能降低内在的热折射噪声（TRN）【42】。此外，高Q激光谐振腔和其他技术可以提高对光反馈的抗扰性【43–47】。Si₃N₄外腔激光器（ECL）的混合集成【23,25,26,28,36,37,39】是一种有效的方式，将超低损耗波导和高Q谐振腔的优势与III-V族半导体增益材料结合，覆盖广泛的波长范围。然而，实现在广泛可调波长范围内同时保持低基础线宽和低积分线宽（ILW），且不需要光学隔离器，并且能够支持ECTL、参考腔和其他光子组件的共同集成平台，目前仍未实现。

在此，我们展示了芯片级广泛可调稳定激光技术的重大进展，演示了一个线圈稳定、无隔离器的混合集成Si₃N₄外腔可调激光器（ECTL），其具有60纳米的调谐范围，基础线宽（FLW）在整个60纳米调谐范围内为3–7赫兹，40纳米调谐范围内的积分线宽（ILW）为27–60赫兹。这些结果表示频率噪声减少了超过6个数量级，ILW较自由运行线宽减少了近2个数量级，并且在调谐范围内具有65 dB的边模抑制比（SMSR）。通过将ECTL直接锁定到一个10米长的氮化硅线圈谐振腔参考中，而无需光学隔离器，成功实现了线宽减少和载波稳定化。10米线圈的自由光谱范围（FSR）为20 MHz，使得在60纳米调谐范围内几乎可以在任何波长上进行稳定化。我们还测量了6.4毫秒时的Allan偏差（ADEV）为1.8 × 10⁻¹³，漂移为5.0 kHz/s。通过使用超低膨胀（ULE）腔体稳定的频率梳进行外差拍频测量，我们实现了精确的ILW测量，将激光噪声降至1赫兹频率偏移，覆盖40纳米的调谐范围。我们证明了ECTL中350万个内在Q值的Vernier环的反馈抗扰性提供了大约30 dB的固有隔离度，相比于典型的商用III-V族DFB激光器。ECTL和10米线圈参考腔体是在相同的80纳米厚氮化硅低损耗平台上制造的。这种共同的设计和制造工艺，再加上ECTL的反馈抗扰性，为广泛可调、窄线宽、频率稳定激光器的完全集成提供了路径，能够覆盖从可见光到短波红外（SWIR）的广泛量子、原子、光纤通信和其他波长应用。

结果

线圈稳定的ECTL架构与设计

如图1a所示，线圈稳定的集成可调激光器实验包括一个广泛可调的氮化硅ECTL（图1a的左侧），通过电光调制器（EOM）直接连接至10米线圈谐振腔参考（图1a的右侧），用于边带锁定。线圈谐振腔的输出信号经过光电探测，并反馈控制ECTL的激光频率，采用Pound–Drever–Hall（PDH）电路。ECTL和线圈谐振腔采用相同的80纳米厚氮化硅制造工艺，并使用基本的TE模式，其中波导宽度可调，以优化弯曲半径和传播损耗之间的权衡，后者由侧壁散射引起（有关波导设计的更多细节，请参见补充说明2和3）。

混合集成的ECTL（图1c）包括一个氮化硅波导部分，配有两个可调高Q腔内环形谐振腔、一个可调相位部分、一个可调的Sagnac环镜和一个由耦合的InP反射半导体光放大器（RSOA）组成的增益部分。两个高Q环形谐振腔以加法-减法配置连接，增加了腔内光子的寿命，并提供了瞬时线宽的减少。环形谐振腔上的热光调节器使得利用Vernier效应实现宽单模调谐，而可调的Sagnac环镜作为可调的宽带腔体反射镜。通过热驱动的相位部分，可以进一步细化激光模式的调谐。

混合集成通过将Thorlabs的单角面C波段反射SOA（SAF 1128C）边缘耦合到氮化硅ECTL芯片输入端的18 μm宽角波导来实现。RSOA安装在散热片上，并通过线接到电子电路板。输入波导设计优化了增益芯片与Si₃N₄光子集成电路（PIC）之间的模态重叠，然后逐渐缩小至2.6 μm宽，以在外部腔体电路中实现超低传播损耗（参见“方法”部分）。热光调节的环形谐振腔的半径为1998.36和2002.58 μm，具有约126.5 pm的自由光谱范围（FSR），因此具有约59.9 nm的Vernier FSR。环形谐振腔的内在Q值为350万（见补充说明2），并设计为过度耦合，以降低激光阈值，从而获得0.65百万的加载Q值。激光输出波导耦合到一个带透镜的光纤。

图1 | 集成ECTL与集成线圈参考腔稳定的实验设置

a) 实验设置示意图，其中外腔可调激光器（ECTL）通过Pound-Drever-Hall（PDH）锁定至集成的10米线圈参考腔，无需光学隔离器。反射型半导体光放大器（RSOA）的混合集成提供增益元件。高品质因子（Q）的氮化硅（Si₃N₄）环形谐振腔作为外腔，提供瞬时线宽缩小，而大模式体积的Si₃N₄线圈谐振腔为线宽缩小和激光稳定化提供频率参考。

b) 自由运行ECTL（Sf(v) 蓝色）与将ECTL稳定到10米线圈参考腔（橙色）后的噪声减少，特别是低频噪声分量的减少。

c) 混合集成ECTL的图像，顶部左侧可见RSOA，红色虚线突出显示Si₃N₄波导，金色垫片表示金属加热器。

d) 80纳米厚Si₃N₄低损耗波导平台的示意横截面。

e) 10米线圈谐振腔的图像。

“用于铷3D磁光阱的光子集成束传输”来自Isichenko等人，使用的是CC BY 4.0许可协议/面板a从原图改编【52】。

图2 | 外腔可调激光器性能

a) 从1520至1580纳米的单模激光输出。

b) 外腔可调激光器（ECTL）顶部环形谐振腔的热光调谐。

c) 在1560纳米处的ECTL操作，测得的边模抑制比（SMSR）约为65 dB，使用光谱分析仪（OSA）测量，分辨带宽（RBW）<0.01纳米。

d) 通过光纤耦合的ECTL输出功率，测量了整个调谐范围。

e) 在1550纳米时自由运行ECTL的频率噪声谱（蓝色，实线），使用光纤马赫-曾德干涉仪（fiber-MZI）作为光频率鉴别器（OFD）进行测量。蓝色虚线绘制了测得的ECTL基础线宽（FLW）为6.1赫兹，紫色阴影区域显示了曲线下的面积，该区域贡献了1/π积分线宽（ILW）为1750赫兹。绿色和橙色虚线曲线是ECTL环形谐振腔的热折射噪声（TRN）和光热噪声（PTN）的模拟估计，红色虚线曲线是OFD光电探测器噪声。频率的高频扰动出现在1 MHz的倍数处，表示OFD光纤马赫-曾德干涉仪的自由光谱范围（FSR），不会贡献于积分线宽的计算。

f) 在60纳米调谐范围内测量的ECTL基础线宽（FLW）。Sagnac环镜的更高反射率和较弱的环形-波导耦合可能导致在短波长处FLW的下降。

该10米长的氮化硅线圈谐振腔（图1e）是一个25毫米 × 25毫米的芯片，采用总线耦合线圈波导几何结构（见补充说明3），其测得的传播损耗为0.2 dB/m，内在Q值约为2亿。这个10米长的腔体通过其大模式体积降低了稳定激光器的热折射噪声（TRN）基底【42,48】。此外，10米的线圈长度提供了精细的20 MHz自由光谱范围（FSR），并在超过80纳米的带宽范围内具有良好的干涉条纹消光比，提供了一个几乎连续的锁定频率范围，覆盖了广泛可调的60纳米激光调谐范围。频率噪声性能是通过使用不平衡光频率鉴别器（OFD）测量偏移频率大于1 kHz的部分，以及使用ULE腔体稳定的光纤频率梳来测量偏移频率从1 kHz到1 Hz的部分。

ECTL性能

ECTL性能总结如下图2所示。我们展示了一个宽达60纳米的单模工作范围，从1518.5纳米到1578纳米（图2a），在整个调谐范围内的边模抑制比（SMSR）为65 dB（图2c）。ECTL环加热器的调谐效率为54.5纳米/瓦特每个执行器（图2b）。我们测得1550纳米处的激光阈值电流为63 mA，光纤耦合的输出功率范围为0.23 mW（在1520纳米时）到4.37 mW（在1578纳米时）（图2d）。输出功率的变化主要由于Sagnac环镜中的逸散耦合器的波长依赖性。

自由运行的广泛可调ECTL在没有线圈谐振腔稳定的情况下的频率噪声（FN）谱，如图2e所示，显示了该波长下自由运行激光器的基础线宽（FLW）和积分线宽（ILW）。对于中等偏移频率（约2–200 kHz），频率噪声紧密跟随ECTL环谐振腔的热折射噪声（TRN）极限（绿色虚线）。激光噪声在大于1 MHz的频率偏移时达到洛伦兹FLW特征的白色频率噪声（WFN）底噪声。周期性的高频峰值来自光纤马赫-曾德干涉仪（MZI）频率噪声测量设置。光热噪声在低于2 kHz时占主导地位，而在大于100 MHz的频率下，MZI光电二极管噪声占主导地位。我们在1550纳米处测得的WFN底噪声为1.93 Hz²/Hz，对应的FLW为6.08 Hz（浅蓝色虚线）。自由运行ECTL在该波长的ILW通过1/π反向积分方法【40】计算为1.75 kHz，并显示在频率噪声曲线下方的紫色阴影区域中。在整个调谐范围内，我们测得自由运行ECTL的FLW在3–7 Hz之间，如图2f所示（完整数据集见补充说明4）。

线圈稳定ECTL性能

我们通过使用电光调制器（EOM）来稳定ECTL至10米长的氮化硅集成线圈参考腔，无需在激光器和参考腔之间使用光学隔离器。通过EOM生成10-20 MHz的锁频边带，并将Pound-Drever-Hall（PDH）误差信号直接反馈到ECTL增益芯片的电流，使用Vescent D2-125激光伺服器。ECTL将采用线圈谐振腔的频率噪声（FN）特性，适用于偏移频率直到PDH锁定带宽。值得注意的是，由于低损耗环形谐振腔，ECTL具有高内在品质因子（Q），提供了对光反馈的高抗扰性，且无需光学隔离器即可在ECTL和线圈参考腔之间操作稳定锁。消除这两个组件之间对隔离器的需求对于激光器和参考腔未来在单个氮化硅芯片上的集成至关重要。

稳定化ECTL的频率噪声（FN）、线宽和Allan偏差（ADEV）使用两种独立的技术进行测量。对于3 kHz以上的频率偏移，我们使用不对称光纤马赫-曾德干涉仪（MZI）光频率鉴别器（OFD）。对于低于3 kHz的频率偏移直到1 Hz，我们通过测量ECTL与已锁定至稳定参考激光器（SRL）的光学频率梳的外差拍频来测量噪声。然后在精密频率计上测量拍频（详细方法请参见“方法”部分）。图3a中绘制了在1550纳米下，线圈锁定ECTL的频率噪声。稳定化ECTL（橙色）在低频偏移下的频率噪声减少了超过6个数量级，相比于自由运行激光器（蓝色），并在1到100 kHz的偏移范围内达到10米线圈谐振腔的热折射噪声（TRN）限制（红色虚线），之后由于伺服带宽对应的PDH锁定带宽，频率噪声开始上升，约在0.5 MHz处。测得的稳定化ECTL在1550纳米时的1/π积分线宽（ILW）为27赫兹，相较于自由运行激光器的1750赫兹，ILW减少了65倍。最小频率噪声为0.12 Hz²/Hz，在16 kHz时，且相应的频率稳定性（ADEV，见图3b）在6.4毫秒时最小值为1.8 × 10⁻¹³，漂移为5 kHz/s。图3c显示了稳定化ECTL在调谐范围内各个点的基础线宽（FLW）和ILW（详细数据见补充说明4）。

图3 | 线圈稳定ECTL频率噪声、稳定性以及调谐范围内的基础线宽和积分线宽

a) 自由运行（蓝色）和线圈锁定（橙色）外腔可调激光器（ECTL）在1550纳米处的频率噪声（FN）谱例子，显示了在低频偏移下频率噪声减少超过6个数量级。浅蓝色阴影区域对应于锁定激光器的1/π反向积分线宽（ILW），测得值为27赫兹。锁定激光器的最小频率噪声在16 kHz频率偏移时为0.12 Hz²/Hz。Pound-Drever-Hall（PDH）锁定伺服峰值标记在0.5 MHz处。

b) 自由运行（蓝色）和线圈锁定（橙色）ECTL的Allan偏差（ADEV），展示了在6.4毫秒时的最小值为1.8 × 10⁻¹³，漂移为5 kHz/s。

c) 测量的基础线宽（FLW）（蓝色）在60纳米调谐范围内，以及线圈锁定的积分线宽（ILW）（橙色）在40纳米调谐范围内。ILW的测量受限于1540纳米以下的拍频测量。此外，1520纳米及以下的线圈锁定受限于较低的消光比（ER）。虚线表示FLW（蓝色）和ILW（橙色）的最高测量值，分别为7赫兹和60赫兹。

ECTL对光反馈的抗扰性

ECTL对光反馈的抗扰性通过将Pound-Drever-Hall（PDH）锁定应用于10米线圈参考腔，且不使用光学隔离器，得到了展示——这是首个针对Vernier风格激光器的此类展示，并且是实现完全集成的稳定激光器的关键步骤。为了在受控条件下进一步研究这一现象，我们使用了光反馈测量设置【43–45】（见图4a）。通过使用光纤环流器和可变光衰减器（VOA），我们精确控制反馈水平回到激光器，同时考虑电路损耗，以确定到达激光器的功率。一小部分ECTL输出功率被引导用来测量激光器的功率和频率噪声，结果如图4b所示。

与商业III-V族DFB激光器相比，后者在−40 dB的反馈水平下经历频率噪声（FN）恶化和相干性崩溃【43–45】，ECTL在所有测试的反馈水平下，最多可达到−10 dB，依然保持单模操作，且频率噪声没有恶化。这代表了在光反馈抗扰性方面相较于商业DFB激光器提升了30 dB，且实现了无隔离器的线圈谐振腔稳定化。

我们在图4b中观察到，随着光反馈的增加，ECTL的频率噪声有所下降。这可能是由于ECTL具有较长的相干时间和强大的模式选择性，外部反馈回路重新进入的光子与腔内场保持相位相干，有效地增加了腔内光子数并减少了量子噪声。此外，扩展的光纤反馈电路增加了整体的光模式体积，从而抑制了热折射噪声（TRN），导致频率噪声底噪声降低。

讨论

我们展示了一种精密的超低瞬时线宽和积分线宽（ILW）广泛可调稳定混合集成外腔可调激光器（ECTL），该激光器锁定到集成的线圈参考腔，实现了混合集成广泛可调激光器的频率和相位噪声的记录。线圈锁定的ECTL在1550纳米处实现了6赫兹的基础线宽（FLW），27赫兹的ILW，以及1.8 × 10⁻¹³的频率稳定性，在整个调谐范围内测得的基础线宽为3–7赫兹，ILW低于60赫兹。这些线宽是在集成芯片上迄今为止在最宽的调谐范围内测得的最低值。此外，我们还展示了ECTL到线圈腔体的无隔离器稳定化，得益于ECTL腔体的高品质因子（Q）。10米长的线圈具有20 MHz的自由光谱范围（FSR），这使得在整个调谐范围内几乎所有波长的锁定和稳定化成为可能，相比于低FSR的大体积光学参考腔，具有显著的优势。

图4 | ECTL反馈测量

a) 测量光反馈对外腔可调激光器（ECTL）影响的实验设置示意图。激光器输出功率最初被分成两部分：大部分反馈到激光器，小部分用于测量激光的频率噪声（FN）。可变光衰减器（VOA）设置反馈功率级别，并通过功率计进行监控。偏振（POL）桨叶确保返回的光场与氮化硅波导正确对齐。使用光频率鉴别器（OFD）测量频率噪声（FN），光谱分析仪（OSA）监控相干性崩溃的发生。

b) 在两种最高反馈水平（−12 dB和−10 dB）下，ECTL输出的OSA轨迹。

c) 自由运行ECTL在1560纳米处，在不同光反馈水平（从−32 dB到−10 dB）下的频率噪声图。最大反馈水平受到光纤芯片插入损耗以及所有光纤分配器和连接器损耗的限制。插图显示了在两种最高光反馈水平下ECTL输出的OSA轨迹，表明单模操作。

我们在表1和图5中将我们的结果与其他混合集成低噪声激光器的最新技术进行比较。由于这项工作报告了1/π积分线宽（ILW），因此表格中的几个列项相对较为空，1/π积分线宽对许多精密应用非常重要。当文献中没有直接提供ILW时，我们已根据该文献中提供的频率噪声（FN）数据计算了ILW。我们相信这一比较突出了混合集成ECTL与集成线圈参考腔锁定的独特属性。例如，我们报告了在整个调谐范围内的基础线宽和积分线宽。基础线宽（FLW）比现有集成ECTL低1.5倍，1/π积分线宽比现有技术低3个数量级，且其调谐范围比现有技术大1.5倍【26】。此外，本工作是首次报告Vernier风格混合集成激光器在6.4毫秒时的ADEV为1.6E-13，并且实现了无隔离器操作。

图5 | 低线宽混合集成激光器的比较（总结见表1）

a) 比较混合集成低噪声激光器的频率噪声图。

b) 基础线宽与1/π积分线宽的比较。气泡的大小代表调谐范围，颜色热图代表输出功率。

由于ECTL和线圈谐振腔都是在相同的80纳米厚的CMOS兼容氮化硅（Si₃N₄）平台上制造的，这些结果为实现完全集成的芯片级稳定激光器提供了清晰的前进路径，该激光器结合了窄的瞬时线宽和低频漂移。未来版本中，可以通过添加一个基于PZT（压电陶瓷）集成的双边带调制器（能够实现高达20 MHz的锁定带宽【49】）来替代实验中使用的EOM，或通过采用无调制稳定化技术【49,50】来实现进一步的优化。热光和PZT驱动器已经在这个Si₃N₄平台中得到演示，而不会影响波导损耗，且与波长无关，并且能够在直流至几十兆赫兹的频率范围内工作【35】，这些驱动器也可以直接调谐腔内ECTL环，而不是将PDH误差信号反馈到增益芯片电流。

此外，这种稳定激光器设计的核心组件已在从可见光到短波红外（SWIR）范围内得到演示【51】，使得这种混合集成稳定激光器设计成为支持原子和量子应用的氮化硅光子学潜在激光源【52–54】。进一步的实验和设计改进将提高激光性能，包括可调性、积分线宽和基础线宽的变化，以及更高的输出功率。例如，完全控制Sagnac环镜将提供激光输出功率的调整，因此也能调节腔内功率，从而使用户能够在较低的FLW下优化更高的输出功率。此外，在该平台中已经展示了高达1亿的加载Q值，并且由于修改后的Schawlow-Townes激光线宽将随着1/Q²减小，我们预测未来的设备可以实现更低的FLW。未来的设计还可以包括超过10米的线圈谐振腔，以增加模式体积，进一步降低热折射噪声（TRN）和ILW，并结合可调耦合【55】来优化激光器锁定条件，以便使用单个谐振腔覆盖更广泛的波长范围。

对于需要高光输出功率的应用，可以增加额外的增益模块，并与共享的高Q氮化硅外腔并联运行【25】，在双增益混合集成激光器中，已经展示了超过100 mW的输出功率【46】。增加输出功率的其他途径包括集成芯片放大器【56,57】或通过注入锁定放大。

方法

制造工艺

下包层由15微米厚的热氧化物组成，生长在直径100毫米、厚度1毫米的硅晶圆基板上。主要的波导层是80纳米厚的化学计量Si₃N₄薄膜，采用低压化学气相沉积（LPCVD）技术在下包层上沉积。使用PAS 5500 ASML深紫外（DUV）步进机对DUV光刻胶层进行图案化。通过在松下E626I感应耦合等离子体反应离子刻蚀机（ICP-RIE）中采用CHF₃/CF₄/O₂化学反应，采用各向异性干法刻蚀方法形成高纵横比波导核心。刻蚀完成后，使用标准RCA清洗工艺清洁晶圆。随后，采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术，使用四乙氧基硅烷作为前驱体，沉积5微米厚的二氧化硅上包层。最后，进行为期7小时的1050°C退火和2小时的1150°C退火，这是针对我们的波导的优化退火工艺。

RSOA耦合

增益芯片的背面涂覆了90%的反射率，而近侧涂覆了抗反射材料，反射率为0.005%。然后，它被安装在一个温控的铜块上进行散热。增益芯片通过线焊接连接到PCB板，PCB板通过螺丝固定在铜块上，用于外部电气控制增益芯片。SOA的切面角度为5.6°，根据斯涅尔定律，这要求Si₃N₄波导的角度为13.1°，以最好地匹配光束传播方向。Si₃N₄波导最初为18微米宽，以实现估计的最佳模式重叠率为52%。我们估计实际的耦合损耗约为4–5 dB。Si₃N₄光子集成电路（PIC）位于其温控支架上，RSOA通过边缘耦合方式与ECTL输入波导连接。

频率噪声测量

线圈稳定的ECTL频率噪声、线宽和稳定性使用两种独立的技术进行测量【18,40】。对于3 kHz以上的频率偏移，我们使用一个不平衡的光纤马赫-曾德干涉仪（MZI），其自由光谱范围（FSR）为1.026 MHz，作为光频率鉴别器（OFD），并在高速平衡光电探测器上测量自延迟同频率噪声（FN）信号。对于低于3 kHz的频率偏移，OFD光纤-MZI噪声可能变得占主导地位，因此我们改为将ECTL与稳定激光系统（SRL）进行光混合，并使用Keysight 53230 ADEV精密频率计测量外差拍频信号。SRL系统由一台单频的Rock光纤激光器组成，经过Pound-Drever-Hall（PDH）锁定到一个Stable Laser Systems（SLS）1550纳米超低膨胀（ULE）腔体，该腔体提供赫兹级线宽和约0.1 Hz/s的频率漂移。此外，我们使用Vescent自参考光纤频率梳，其重复频率（frep）为100 MHz，并将其锁定到SLS，以扩展SRL系统的稳定性到多个波长，并实现对ECTL光谱的精确的接近载波频率噪声（FN）测量。

光反馈测量

光反馈测量，如图4a所示，利用光纤环流器和可变光衰减器（VOA）来控制光反馈水平。返回到光子集成电路（PIC）的功率对偏振敏感，因此在进行任何测量之前，必须调整光反馈以使其最大化。返回到ECTL的功率通过截取5%的反馈功率并使用功率计进行监测。激光功率的另一小部分被引导到光纤放大器（EDFA），然后进入光频率鉴别器（OFD）设置，用于在不同的反馈条件下测量激光的频率噪声。整个光纤反馈电路约为25米长。必须考虑反馈电路中的所有损耗，以最准确地确定激光器实际的反馈功率。在我们的实验中，最高的光反馈水平为−10 dB，主要受到光纤到芯片耦合、连接器和反馈回路中的分配器所引起的光损耗的限制。