近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦團(tuán)隊(duì)在高性能片上光頻梳的研究中取得重要進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)的董春華課題組聯(lián)合南開大學(xué)薄方課題組，首次在鈮酸鋰微腔中聯(lián)合調(diào)控電光效應(yīng)、克爾非線性和拉曼散射，實(shí)現(xiàn)了一種新型自鎖定拉曼-電光微梳（REO microcomb）的構(gòu)建方案。該微梳無(wú)需外部電子反饋，即可自適應(yīng)鎖定，實(shí)現(xiàn)超過(guò)300nm光譜寬度和26.03GHz重復(fù)頻率，展現(xiàn)出良好的相干性和可調(diào)性。相關(guān)成果以Self-locked broadband Raman-electro-optic microcomb為題，于5月24日發(fā)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(xiàn)代光通信、精密測(cè)量和基礎(chǔ)物理研究的重要工具。傳統(tǒng)光頻梳通常基于體積龐大的鎖模激光器，難以集成。近年來(lái)，集成光子學(xué)發(fā)展推動(dòng)了克爾光梳和電光光梳在芯片上的實(shí)現(xiàn)，但它們?cè)趯捵V輸出、低噪聲穩(wěn)定性等方面仍面臨挑戰(zhàn)，尤其在高泵浦條件下易受到拉曼散射等寄生非線性效應(yīng)的干擾。

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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(jī)制，通過(guò)在單個(gè)鈮酸鋰微腔中協(xié)同利用電光效應(yīng)、克爾效應(yīng)和拉曼散射效應(yīng)，解決了拉曼散射帶來(lái)的光譜寬度和噪聲限制，將其轉(zhuǎn)化為一種有益的非線性過(guò)程，增強(qiáng)了光譜的寬度和平坦度，實(shí)現(xiàn)了寬帶且平坦的拉曼電光微梳的產(chǎn)生。與依賴單一非線性效應(yīng)的系統(tǒng)不同，這一新機(jī)制通過(guò)拉曼散射和電光調(diào)制來(lái)生成多個(gè)電光梳，同時(shí)利用四波混頻進(jìn)一步拓寬光譜寬度。源自拉曼激光的梳齒自適應(yīng)地與源自泵浦光的梳齒實(shí)現(xiàn)相位鎖定，確保了整個(gè)微梳系統(tǒng)的高相干性（圖1）。

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圖2.器件表征與拉曼電光微梳光譜圖

由此產(chǎn)生的寬帶拉曼電光微梳達(dá)到了超過(guò)300nm的光譜寬度，并且在26.03GHz的重復(fù)頻率下包含超過(guò)1400根梳齒（圖2）。實(shí)驗(yàn)中，該系統(tǒng)在無(wú)需任何外部電子鎖定的情況下，自適應(yīng)地完成梳齒間的相位鎖定，展現(xiàn)出優(yōu)異的相干性和調(diào)諧能力。微梳的重復(fù)頻率具有約550kHz的自鎖定調(diào)諧范圍，通過(guò)微波功率變化引起的熱調(diào)諧，重復(fù)頻率的調(diào)諧范圍可以高達(dá)8MHz。

該研究為構(gòu)建更高性能、更穩(wěn)定的片上光頻梳系統(tǒng)提供了新思路，并為探索片上多非線性物理過(guò)程（如注入鎖定、自同步等）提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)特任副研究員萬(wàn)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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)董春華教授和南開大學(xué)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(guó)科學(xué)院以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的大力支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-60161-1