Детерминированная генерация одиночных солитонов, охватывающих октаву, в микрокольцевых резонаторах из карбида кремния 4H на изоляторе

Миниатюризация систем частотных гребёнок с самореференцированием открывает новые применения в метрологии и спектроскопии. Одной из основных проблем при реализации функции самореференцирования на кристалле является генерация солитонных микрогребёнок, охватывающих октаву, при низкой рабочей мощности. Получение солитонных состояний также нетривиально из-за тепловых эффектов. Хотя для компенсации тепловых эффектов использовался вспомогательный лазер, детерминированная генерация одиночного солитона по-прежнему остаётся недостижимой, особенно при широкополосной работе. В данной работе управление дисперсией реализовано в многомодовом микрокольцевом резонаторе из карбида кремния 4H на изоляторе (SiCOI), чему способствует волноводная конфигурация с субмикронным ограничением моды. Для фундаментальной поперечной электрической (TE) моды сформирована аномальная дисперсия, обеспечивающая генерацию двух дисперсионных волн в диапазоне, охватывающем октаву, тогда как для TE-моды более высокого порядка сформирована нормальная дисперсия, позволяющая вводить вспомогательный свет для температурной компенсации. Нормальная дисперсия подавляет генерацию керровской гребёнки вследствие модуляционной неустойчивости, обеспечивая широкий диапазон существования солитона. Получены микрокольцевые резонаторы с добротностью Q до 5,8 миллиона и генерацией керровской гребёнки с порогом ниже 1 мВт. Объединив конструкцию с управляемой дисперсией и устройство с высокой добротностью, мы продемонстрировали детерминированную генерацию гребёнки одиночного солитона, охватывающей более одной октавы, при низкой мощности на кристалле 60 мВт. Этот результат открывает путь к созданию полностью интегрированных, готовых к работе частотных гребёнок с самореференцированием.