オークランド大学、NIST、UMDがオクターブスパニング・チップスケール・マイクロコムをNatureで実証

2026年10月9日・2分間の読了

Natureに掲載された研究において、オークランド大学、米国国立標準技術研究所（NIST）、メリーランド大学（UMD）、およびカリフォルニア大学サンタバーバラ校が主導する国際研究共同チームは、マイクロコム計測における長年にわたる安定性と制御の限界を克服するチップ集積型光周波数コムを実証しました。従来の周波数コム構造を反転させることで、チームはファウンドリ製造された単一フォトニックチップ上で動作する自己整合型のオクターブスパニング・マイクロコムを生成し、配備可能な光原子時計、GPS非依存の量子航法、および高精度量子センシングのためのスケーラブルなハードウェア基盤を確立しました。

従来の実験室規模およびチップスケールの周波数コムは、単一のレーザーポンプから光を外側へカスケードさせてスペクトルを生成します。集積フォトニックプラットフォームでは、この方法はオクターブ全体にわたって強力で低ノイズの信号を供給するのに苦労し、絶対安定化に必要なキャリアエンベロープオフセット周波数（fCEO）の検出とロックが困難でした。チームの構造的反転は、オクターブ離れた2つのポンプレーザー（通信波長から可視波長にわたる）を配置して、非線形χ(3)マイクロ共振器を駆動します。オクターブ離れた2つのポンプ間の相互作用は、2つの境界間のスペクトルを自動的に埋めるパラメトリック駆動キャビティソリトンを誘起し、複雑な外部安定化制御を必要とせずに、安定した低ノイズの周波数ルーラーを生成します。

【デュアルポンプ・マイクロコム計測ベンチマークとシステム機能】
計測タスク	実験的アーキテクチャと実行	運用上の影響とターゲットアプリケーション
• 集積光時計読み出し	• オクターブ境界を横断する直接光時計遷移読み出しと位相ロック。	• 衛星に依存しない航法のためのチップスケールで配備可能な光原子時計を実現。
• 光周波数合成	• 通信波長から可視光まで、数百万の精密に間隔を空けた光周波数を生成。	• チップ上の高精度光計測と多波長レーザーライン合成。
• 低ノイズmmWave生成	• ミリ波領域での低位相ノイズのビートノート生成。	• 超安定RF信号分配、通信同期、およびセンシング。

同じ自己整合マイクロコムプラットフォームを使用して、研究者らはファウンドリ製造されたマイクロ共振器チップを用いて、光周波数計測の3つの中核ベンチマークすべてを首尾よく実行しました。Miro Erkintalo教授、Grégory Moille博士、およびKartik Srinivasan博士を含む著者らは、ポータブル原子時計、防衛航法システム、および集積量子フォトニクスにわたる商業化を支援するために、このアーキテクチャに基づく仮特許出願を提出しています。

査読済みの研究論文をNatureでご覧ください（こちら）。機関の開示情報はオークランド大学ニュースルーム（こちら）、科学的リリースの詳細はEurekAlert（こちら）で確認できます。

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