随着精密计量、量子计算、通信以及先进传感等领域技术的发展，对光子系统的要求也越来越高：系统不仅要实现微型化集成，还需要具备优异的频率稳定性和抗干扰能力。

然而，当前主流的片上集成激光器普遍存在噪声过高的问题，这主要源于传统介质谐振器的固有局限。与具有显著优势的法布里-珀罗（FP，Fabry-Perot）腔相比，这些介质谐振器在频率稳定性方面存在数量级差距——FP腔的电磁模式几乎完全约束在真空环境中，这一独特结构使其具有本质性的低噪声特性。

针对这一技术瓶颈，美国耶鲁大学与加州大学圣芭芭拉分校联合团队创新性地提出了 FP微腔与光子集成电路的集成方案，成功研制出兼具紧凑尺寸与卓越性能的集成系统。

该设计的核心优势在于：FP腔的真空环境使其理论噪声下限显著低于氮化硅等介质材料的物理极限，从而突破了传统集成光学器件的材料制约，实现了超低噪声光学参考腔的片上集成。

激光自注入锁定至FP微腔实验照片。源：DeepTech深科技

基于这一突破性架构，研究团队开发了两种互为补充的技术方案。

第一种方案采用“自注入锁定”技术路线，通过精确调控FP腔的光学反射实现激光频率锁定。该方案的创新性在于，通过特制接口光路将腔体反射信号中的镜面反射干涉相消，保留谐振反射光。激光器的非线性特征与谐振反射光尖锐的相位突变使得激光器与真空隙FP微腔锁定，获得其优异噪声特性。

第二种方案作为系统功能的拓展，通过微腔封装技术和光学路径重设计，将反射信号定向传输至专用探测端口，并抑制背反射信号。其实现了首个完全共集成模块，该模块有效地重新定向反射信号，并以10dB的抑制比隔离背反射，为芯片上PDH（Pound-Drever-Hall）锁定提供了关键硬件基础。

两种方案的技术互补性不仅完善了集成光学系统的功能矩阵，更为不同应用场景提供了灵活的技术选择。

该论文第一作者兼共同通讯作者、耶鲁大学程浩天博士（现苹果公司硅光工程师）解释说道：“这种基于真空FP微腔的系统在相位噪声性能上显著优于传统氮化硅微环谐振器，能够为低噪声微波生成、量子计算和量子通信等前沿领域提供前所未有的稳定片上光源。”

日前，相关论文以《在光子集成电路中利用微型法布里-珀罗参考谐振腔》（Harnessing micro-Fabry–Pérot reference cavities in photonic integrated circuits）为题发表在《自然》期刊。

从应用前景来看，该技术最直接的价值在于为光纤传感和量子光学光源等领域提供了稳定的片上激光解决方案。更具吸引力的是，通过将两套这样的系统进行组合配置，可以进一步实现低噪声微波信号生成，这将显著提升通信系统、毫米波雷达以及精密探测设备的性能指标。

新闻来源：DeepTech深科技