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光子计算新篇章：当递归电路遇见光谱-时域，处理效率一飞冲天
集成光子学的进步实现了前所未有的光控制水平，为从通信和计算到精密计量和量子信息的各种光子技术提供了动力。然而，基于光波导和腔的传统片上光信号处理方法分别受到其大物理占地面积和窄工作带宽的影响。近日，哈佛大学Marko Lončar课题组使用薄膜铌酸锂（TFLN）解决上述问题。该团队使用快速电光（EO）开关将光包保持在环路内，处理元件嵌入其中，或者将其从环路中释放并将其引导到输出波导。这种架构可以在紧凑的占地面积 内实现不同的光路长度，而不会牺牲光带宽。具体内容以“Spectral-temporal processing using integrated recursive electro-optic circuit ”为题发表。
文章链接：https://arxiv.org/pdf/2509.25102
集成光子学的所有应用几乎都依赖于对光场光谱和时间特性的有效控制。其进步通过实现低插入损耗波导和高带宽、低压电光（EO）调制器以实现应用。然而，为了释放集成光学系统的全部潜力，需要克服光学处理带宽和设备占地面积之间的权衡。
该文章通过提出并演示了一种递归处理框架来克服占地面积局限性的问题，该框架将光波导的大带宽与光谐振器的紧凑占地面积相结合。传统上，光脉冲通过同一芯片上菊花链连接的几个块（图1a中的O1、O2、…ON）来执行所需的处理任务。通过该团队方法，可以将脉冲保持在一个循环中来完成相同的处理任务，该循环由一个可重新配置的块组成，块可以在不同的时间点执行不同的功能（图1a，右面板）。递归单元本质上是一个光学谐振器，其与馈电波导的耦合率由MZI开关控制，该开关可以在比光子腔往返时间更短的时间尺度上重新配置。当开关打开（“耦合”状态）时，它有效地充当定向耦合器（具有100%耦合），将脉冲引导到感兴趣的光学块，然后将其耦合回输出波导。当开关处于闭合（“循环”）状态时，操作块与输入/输出波导解耦，脉冲被困在环路内，从而多次通过该块。
图1 递归处理方案。a、递归处理结构的工作原理。b、马赫曾德干涉仪（MZI）循环脉冲开关耦合谐振腔的工作原理。c、在TFLN平台上实现的拟议架构的概念。
虽然这种方法允许递归实现大范围的时域和频域操作（图1c），但在这项工作演示了三种通常需要大占地面积的功能（图1a，左图）。首先，在递归环路中嵌入了一个相位调制器（PM），以使用低频控制RF信号（3 GHz）演示高达400 GHz的100 ps长光脉冲的光谱剪切；接下来，使用基于啁啾布拉格光栅（CBG）反射镜的谐振器，在30 nm宽的带宽上展示了>25 ps/nm的大片上色散；最后，通过在电路中插入非对称马赫曾德干涉仪（AMZI），对光脉冲进行了从0阶到5阶的微分，并通过动态调制腔耦合率来产生具有任意相对幅度的不同微分阶的脉冲串。
总之，该团队提出了一种基于可重构递归电路的新型片上电光处理方法，并执行了广泛的时频域操作。使用这个概念演示了三种不同的功能：光分组的THz范围频移、大色散/延迟和可重构的高阶信号微分。重要的是，此方法不仅在很小的占地面积内实现了这些功能，而且与传统方法相比，还提供了无与伦比的性能。
将来，将这种递归方法扩展到其他功能，可以实现前所未有的光的时间和光谱控制。例如，可以使窄滤光片同时实现高消光和窄带宽，窄滤光片通常受到单个器件提供的有限消光比或由于制造变化导致的多个器件的中心波长错位的影响。此外，如果与快速电反馈电路结合使用，该电路可以在基于测量的量子计算等应用中脱颖而出。
光子计算新篇章：当递归电路遇见光谱-时域，处理效率一飞冲天
集成光子学的进步实现了前所未有的光控制水平，为从通信和计算到精密计量和量子信息的各种光子技术提供了动力。然而，基于光波导和腔的传统片上光信号处理方法分别受到其大物理占地面积和窄工作带宽的影响。近日，哈佛大学Marko Lončar课题组使用薄膜铌酸锂（TFLN）解决上述问题。该团队使用快速电光（EO）开关将光包保持在环路内，处理元件嵌入其中，或者将其从环路中释放并将其引导到输出波导。这种架构可以在紧凑的占地面积 内实现不同的光路长度，而不会牺牲光带宽。具体内容以“Spectral-temporal processing using integrated recursive electro-optic circuit ”为题发表。
文章链接：https://arxiv.org/pdf/2509.25102
集成光子学的所有应用几乎都依赖于对光场光谱和时间特性的有效控制。其进步通过实现低插入损耗波导和高带宽、低压电光（EO）调制器以实现应用。然而，为了释放集成光学系统的全部潜力，需要克服光学处理带宽和设备占地面积之间的权衡。
该文章通过提出并演示了一种递归处理框架来克服占地面积局限性的问题，该框架将光波导的大带宽与光谐振器的紧凑占地面积相结合。传统上，光脉冲通过同一芯片上菊花链连接的几个块（图1a中的O1、O2、…ON）来执行所需的处理任务。通过该团队方法，可以将脉冲保持在一个循环中来完成相同的处理任务，该循环由一个可重新配置的块组成，块可以在不同的时间点执行不同的功能（图1a，右面板）。递归单元本质上是一个光学谐振器，其与馈电波导的耦合率由MZI开关控制，该开关可以在比光子腔往返时间更短的时间尺度上重新配置。当开关打开（“耦合”状态）时，它有效地充当定向耦合器（具有100%耦合），将脉冲引导到感兴趣的光学块，然后将其耦合回输出波导。当开关处于闭合（“循环”）状态时，操作块与输入/输出波导解耦，脉冲被困在环路内，从而多次通过该块。
图1 递归处理方案。a、递归处理结构的工作原理。b、马赫曾德干涉仪（MZI）循环脉冲开关耦合谐振腔的工作原理。c、在TFLN平台上实现的拟议架构的概念。
虽然这种方法允许递归实现大范围的时域和频域操作（图1c），但在这项工作演示了三种通常需要大占地面积的功能（图1a，左图）。首先，在递归环路中嵌入了一个相位调制器（PM），以使用低频控制RF信号（3 GHz）演示高达400 GHz的100 ps长光脉冲的光谱剪切；接下来，使用基于啁啾布拉格光栅（CBG）反射镜的谐振器，在30 nm宽的带宽上展示了>25 ps/nm的大片上色散；最后，通过在电路中插入非对称马赫曾德干涉仪（AMZI），对光脉冲进行了从0阶到5阶的微分，并通过动态调制腔耦合率来产生具有任意相对幅度的不同微分阶的脉冲串。
总之，该团队提出了一种基于可重构递归电路的新型片上电光处理方法，并执行了广泛的时频域操作。使用这个概念演示了三种不同的功能：光分组的THz范围频移、大色散/延迟和可重构的高阶信号微分。重要的是，此方法不仅在很小的占地面积内实现了这些功能，而且与传统方法相比，还提供了无与伦比的性能。
将来，将这种递归方法扩展到其他功能，可以实现前所未有的光的时间和光谱控制。例如，可以使窄滤光片同时实现高消光和窄带宽，窄滤光片通常受到单个器件提供的有限消光比或由于制造变化导致的多个器件的中心波长错位的影响。此外，如果与快速电反馈电路结合使用，该电路可以在基于测量的量子计算等应用中脱颖而出。