СВЧ-синтезатор на 30.7 ГГц превратили в машинку для изготовления 35-фемтосекундных световых иголок

Лазер непрерывно светит, однако каждые 32.6 пс из него выходит короткая световая игла. В ней свет занимает 35 фс, или около 6.7 периодов оптического поля. Такую временную структуру исследователи получили, подав на тонкоплёночный ниобат лития СВЧ-сигнал частотой 30.7 ГГц и заставив множество созданных им оптических частот встретиться в одной точке времени.

Первый элемент схемы — электрооптическая временная линза. СВЧ-напряжение меняет показатель преломления TFLN-волновода и накладывает на непрерывную оптическую волну быстро меняющуюся фазу. В спектре вокруг исходной лазерной линии вырастает гребёнка боковых частот. Их фазы известны, поскольку все они рождены одним СВЧ-генератором. Далее дисперсионная секция задерживает разные цвета на разные интервалы. Подобно радиосигналу после правильно выбранного фильтра, спектральные компоненты приходят синфазно и поле сжимается в импульс.

На выходе временной линзы авторы измерили почти предельно короткие для созданного спектра импульсы длительностью 230 фс, с энергией до 3.3 пДж и частотой повторения 30.7 ГГц. Модулятор с эффективной длиной взаимодействия 12 см получил измеренное полуволновое напряжение 1.7 В на этой частоте. Это важная деталь: мощный оптический эффект получен из вполне управляемого СВЧ-драйва, а не из отдельного импульсного лазера.

Для выхода к 35 фс схему продолжили отдельным 30-см дисперсионно-инженерным TFLN-волноводом. Перед ним 248-фс импульсы внешне усилили: в нелинейный тракт вводилось около 10.7 пДж на импульс. В волноводе баланс дисперсии и керровской нелинейности сформировал солитонную динамику, сжал пик до 35 фс и когерентно раздвинул спектр более чем на 330 нм, примерно от 1370 до 1700 нм на уровне −60 дБ. На выходе авторы указывают 4.4 пДж и пиковую мощность 125 Вт.

Именно здесь проходит граница красивого результата. 35 фс показаны в гибридной установке из time-lens-чипа, внешнего усилителя и отдельного TFLN-волновода; одной монолитной цепочкой на кристалле этот режим пока не получен. Полностью интегрированный вариант авторы тоже изготовили: временная линза, брэгговская дисперсионная секция и высокодобротный резонатор находятся на одной TFLN-подложке. Он работает с энергией около 0.4 пДж в резонаторе и расширяет спектр более чем на 107 нм, но демонстрирует импульсы 386 фс, а не 35 фс.

Получается иной путь к чиповому фемтосекундному источнику. В обычном импульсном лазере режим задаёт внутрирезонаторная динамика. Здесь временную решётку диктует внешний синтезатор: он создаёт набор оптических линий, а фотонная схема выполняет их фазовую сборку. Автокорреляция дала значение 35 фс после деконволюции с рассчитанной формой импульса; полную электрическую форму поля напрямую не измеряли. Результат опубликован как нерецензированный препринт arXiv:2608.11393.

Источники
arXiv:2608.11393, Few-cycle electro-optic light on thin-film lithium niobate, версия v1 от 11 августа 2026 года.
arXiv HTML-версия 2608.11393v1, описание установки, измерений и методов.