清華新聞網(wǎng)5月8日電 光學(xué)頻率梳（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“光頻梳”）是一種性能優(yōu)異的光源，通常它在頻域上表現(xiàn)為一系列等頻率間隔的相干譜線(xiàn)，而在時(shí)域上表現(xiàn)為等時(shí)間間隔的光脈沖。光頻梳可以被大致分為三種：鎖模激光器光頻梳、克爾微腔光頻梳以及電光頻梳。它們?cè)诠馔ㄐ拧⒕苡?jì)量以及微波光子學(xué)等領(lǐng)域已經(jīng)展現(xiàn)出了廣泛且具有革命性的應(yīng)用。在這三種光頻梳中，電光頻梳具有一些獨(dú)有的性質(zhì)，比如快的重頻調(diào)諧速度，高的梳齒功率和高的頻譜可重構(gòu)性。這些特性幫助電光頻梳在上述應(yīng)用中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
圖1.光頻梳技術(shù)及其應(yīng)用
電光頻梳的出現(xiàn)可以追溯至二十世紀(jì)七十年代，當(dāng)時(shí)其被廣泛應(yīng)用于激光頻率的測(cè)量和超快、超短脈沖的產(chǎn)生。與鎖模激光器光頻梳相比，當(dāng)時(shí)的電光頻梳存在帶寬窄、穩(wěn)定性差、相位噪聲大等問(wèn)題，因此在精密測(cè)量領(lǐng)域不具有優(yōu)勢(shì)。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，電光頻梳的性能都沒(méi)有大的提升。伴隨著微納加工技術(shù)和材料科學(xué)的進(jìn)步，過(guò)去五年間，電光頻梳領(lǐng)域發(fā)生了一些較大的突破。2018年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院和科羅拉多大學(xué)的研究人員通過(guò)非線(xiàn)性展寬實(shí)現(xiàn)了倍頻程的電光頻梳，并同時(shí)鎖定了該電光頻梳的重復(fù)頻率和偏移頻率。經(jīng)過(guò)2000秒的時(shí)間平均后，實(shí)現(xiàn)了3×10?17的穩(wěn)定性。2019年，美國(guó)哈佛大學(xué)的研究人員在薄膜鈮酸鋰平臺(tái)上首次實(shí)現(xiàn)了基于片上光學(xué)微腔的電光頻梳，該電光頻梳具有80納米的光譜寬度，器件尺寸為毫米級(jí)。2022年，哈佛大學(xué)的研究人員利用在兩個(gè)級(jí)聯(lián)的光學(xué)微腔，將基于片上光學(xué)微腔的電光頻梳的轉(zhuǎn)換效率提高至30%。該電光頻梳具有132納米的譜寬。這些突破顯著改善了電光頻梳帶寬窄、穩(wěn)定性差、相位噪聲高和器件尺寸大等問(wèn)題，使得電光頻梳逐漸成為一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的光頻梳光源之一，引起了學(xué)界和業(yè)界的廣泛關(guān)注。
圖2.基于光學(xué)微腔的鈮酸鋰片上電光頻梳
近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院周倩副教授課題組和清華大學(xué)精密儀器系李楊副教授課題組聯(lián)合撰寫(xiě)了一篇電光頻梳領(lǐng)域的綜述文章。該綜述的主要內(nèi)容包括電光頻梳的產(chǎn)生機(jī)制，電光頻梳的重要參數(shù)如平坦度、光譜寬度、噪聲和穩(wěn)定性等，以及電光頻梳相關(guān)的應(yīng)用如光通信、距離測(cè)量、光譜測(cè)量和低信噪微波信號(hào)產(chǎn)生等，并分析了基于電光頻梳實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。本篇綜述對(duì)電光頻梳的發(fā)展歷史進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)電光頻梳未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
圖3.電光頻梳的分類(lèi)、特性和應(yīng)用
近日，該文章以“電光頻梳：理論、特性和應(yīng)用”（Electro-Optic Frequency Combs: Theory, Characteristics, and Applications）為題發(fā)表于《激光與光子學(xué)評(píng)論》（Laser & Photonics Reviews）上。
論文通訊作者為清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院周倩副教授和清華大學(xué)精密儀器系李楊副教授，第一作者為清華大學(xué)精密儀器系2022級(jí)博士研究生莊榮津，論文作者還包括深圳國(guó)際研究生院倪凱副教授、精密儀器系吳冠豪副教授以及珠海光庫(kù)科技股份有限公司的郝婷博士和陸龍釗博士。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市基礎(chǔ)研究基金、北京市自然科學(xué)基金、珠海市產(chǎn)學(xué)研合作等項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202200353
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
