中国科大实现片上自锁定宽带拉曼电光微梳

最近，中国科学技术大学郭光灿团队的董春华教授课题组与南开大学薄方教授课题组合作，首次在铌酸锂微腔中通过联合调控电光效应、克尔非线性效应及拉曼散射，提出了构建新型自锁定拉曼-电光微梳的方案。这种微梳无需外部电子反馈，能够实现自适应锁定，并且其光谱宽度超过300纳米，重复频率达到26.0GHz，同时还表现出较高的相干性和灵活的可调性。这一研究成果已发表在《自然-通讯》期刊上。

光频梳是一种由等间距频率线组成的光源，在现代光通信、精密测量以及基础物理研究领域具有重要作用。然而，传统的光频梳依赖于体积庞大的锁模激光器，难以实现集成化。随着集成光子学的发展，克尔光梳和电光光梳在芯片上的实现逐渐成为可能，但它们在宽带输出和低噪声稳定性方面依然面临诸多技术难题，特别是在高泵浦功率下易受到拉曼散射等寄生非线性效应的干扰。

本次研究中，团队提出了一种全新的宽带自锁定拉曼-电光微梳生成机制。他们通过利用单个铌酸锂微腔内的电光效应、克尔效应和拉曼散射效应相互协同，成功克服了拉曼散射带来的光谱宽度和噪声问题，并将其转化为一种有利的非线性过程，大幅提高了光谱的宽度和平坦度。这种构建方式与依赖单一非线性效应的光梳系统不同，它通过结合拉曼散射与电光调制生成多个电光梳，并通过四波混频进一步拓展光谱范围。此外，源自拉曼激光的梳齿与泵浦光梳齿实现了相位自锁定，保障了整个系统的高相干性能。

由此，这种宽带拉曼电光微梳的光谱宽度超过300纳米，且在26.03GHz的重复频率条件下，包含了超过1400根梳齿。在实验中，无需借助任何外部电子控制，微梳系统便能够完成梳齿之间的相位锁定，展现了高度的相干性及卓越的调节能力。其重复频率的自锁定调节范围约为550kHz，并能够借助微波功率引发的热效应扩展至最高8MHz。

研究人员表示，这项工作为开发更高性能、更稳定的片上光频梳提供了新的解决思路。同时，它还为探索片上多非线性物理现象（例如注入锁定和自同步等）搭建了实验平台，具有非常广阔的应用前景。