近日，济南大学前沿交叉科学研究院先进量子与光电科技交叉研究团队在集成超快光子学领域取得新进展，相关成果以《Tantalum pentoxide based on-chip femtosecond pulse compression》为题发表于国际光学领域期刊Optics Letters。该研究围绕氧化钽（Ta₂O₅）波导中的高阶孤子动力学开展实验与数值研究，实现了片上飞秒脉冲压缩，为高性能、低功耗、可集成超快光学器件的发展提供了新的研究思路。

超快脉冲压缩技术在阿秒脉冲产生、极紫外超连续谱产生、太赫兹辐射、精密微加工和多光子荧光探测等领域具有重要应用价值。相较于传统光纤或自由空间脉冲压缩方案，片上脉冲压缩器具有结构紧凑、易于集成、兼容CMOS工艺和功耗较低等优势。Ta₂O₅材料因具有较高折射率和较强三阶非线性，在片上非线性光子器件中展现出良好的应用潜力。

该研究采用直波导单层Ta₂O₅结构，通过色散工程优化波导几何参数，使其在1030 nm附近的TE模式下工作于反常色散区，利用自相位调制与反常群速度色散的协同作用激发高阶孤子压缩效应。实验结果表明，在耦合峰值功率为1.31 kW条件下，140 fs输入脉冲可压缩至34.26 fs，表现出Ta₂O₅波导在片上超快脉冲调控方面的良好性能。

针对输出功率较低条件下脉宽直接测量存在困难的问题，研究进一步引入基于改进型迈克尔逊干涉仪的相干时间测量方法，并利用相干时间与脉宽之间的确定关系，对压缩后的脉冲宽度进行表征。实验结果显示，随着耦合峰值功率提高，输出脉冲相干时间持续减小，反映出脉冲宽度不断压缩。这一方法为低能量条件下片上超快脉冲表征提供了新的实验手段。

数值模拟结果进一步表明，提高输入峰值功率、降低波导传播损耗有助于进一步提升压缩效果。研究指出，当前器件传播损耗约为17.5 dB/cm，是限制性能提升的重要因素之一；若进一步优化损耗，脉冲宽度仍有望继续缩短。该成果表明，Ta₂O₅作为兼具强非线性和CMOS兼容性的集成光子材料，在片上超快光学、飞秒脉冲调控及新型集成非线性光子器件开发等方面具有广阔应用前景。