【儀表網 研發快訊】近日，中國科學技術大學郭光燦團隊在高性能片上光頻梳的研究中取得重要進展，該團隊的董春華課題組聯合南開大學薄方課題組，首次在鈮酸鋰微腔中聯合調控電光效應、克爾非線性和拉曼散射，實現了一種新型自鎖定拉曼-電光微梳(REO microcomb)的構建方案。該微梳無需外部電子反饋，即可自適應鎖定，實現超過300nm光譜寬度和26.03GHz重復頻率，展現出良好的相干性和可調性。相關成果以Self-locked broadband Raman-electro-optic microcomb為題，于5月24日發表在《自然·通訊》上。
光頻梳是一類由等間距頻率線組成的光源，是現代光通信、精密測量和基礎物理研究的重要工具。傳統光頻梳通常基于體積龐大的鎖模激光器，難以集成。近年來，集成光子學發展推動了克爾光梳和電光光梳在芯片上的實現，但它們在寬譜輸出、低噪聲穩定性等方面仍面臨挑戰，尤其在高泵浦條件下易受到拉曼散射等寄生非線性效應的干擾。
圖1.寬帶拉曼電光微梳原理示意圖
本工作中，研究人員提出了一種新型自鎖定寬帶拉曼-電光(Raman-electro-optic，REO)微梳生成機制，通過在單個鈮酸鋰微腔中協同利用電光效應、克爾效應和拉曼散射效應，解決了拉曼散射帶來的光譜寬度和噪聲限制，將其轉化為一種有益的非線性過程，增強了光譜的寬度和平坦度，實現了寬帶且平坦的拉曼電光微梳的產生。與依賴單一非線性效應的系統不同，這一新機制通過拉曼散射和電光調制來生成多個電光梳，同時利用四波混頻進一步拓寬光譜寬度。源自拉曼激光的梳齒自適應地與源自泵浦光的梳齒實現相位鎖定，確保了整個微梳系統的高相干性(圖1)。
圖2.器件表征與拉曼電光微梳光譜圖
由此產生的寬帶拉曼電光微梳達到了超過300nm的光譜寬度，并且在26.03GHz的重復頻率下包含超過1400根梳齒(圖2)。實驗中，該系統在無需任何外部電子鎖定的情況下，自適應地完成梳齒間的相位鎖定，展現出優異的相干性和調諧能力。微梳的重復頻率具有約550kHz的自鎖定調諧范圍，通過微波功率變化引起的熱調諧，重復頻率的調諧范圍可以高達8MHz。
該研究為構建更高性能、更穩定的片上光頻梳系統提供了新思路，并為探索片上多非線性物理過程(如注入鎖定、自同步等)提供了實驗平臺，具有廣闊的應用前景。
中國科學技術大學特任副研究員萬帥、博士生王丕嶼以及副教授李明為論文的共同第一作者。中國科學技術大學董春華教授和南開大學薄方教授為論文的共同通訊作者。該研究得到了基金委、科技部、中國科學院以及中國科學技術大學的大力支持。
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