南京大学科研团队实现片上光力光学频率梳

南京大学现代工程与应用科学学院姜校顺、肖敏团队利用片上光学微腔中的大振幅光力振荡，实现了一种新的光学频率梳（光力光学频率梳）。这种片上微型光学频率梳具有低重频、光谱平坦等优点。基于这种大振幅的光力振荡，研究团队还同时实现了宽带的微波频率梳。

光学频率梳是指在频率上由一系列间隔相等且相位相干的谱线组成的激光光源，其在光学度量、精密光谱、光原子钟、射频光子学等领域具有重要应用。通常，光学频率梳可以通过锁模激光器、电光调制及光学微腔中的参量非线性效应（克尔光频梳）产生。相比于传统光频梳，克尔光频梳具有宽光谱、低功耗、制备工艺与互补金属氧化物半导体（CMOS）技术兼容等优点。同时，由于克尔光频梳的尺寸小，其还具有高重复频率的特点。因此，在相干光通信、超快精密测距、天文光谱校准以及低噪声微波或太赫兹波产生等领域具有明显优势。另一方面，在一些其他领域（例如高分辨率光谱学、高精度传感、高功率超连续谱产生等），则需要低重频的光学频率梳。然而，由于克尔光频梳的重复频率取决于其自由光谱范围（或尺寸），导致实现低重频的克尔光频梳则需要制备非常大尺寸的光学微腔（例如要实现50 MHz重频的克尔光频梳则需要米量级的光学"微腔"）。这使得实现低重频的微型光频梳具有很大挑战。

图1.光力光学频率梳示意图

最近，姜校顺、肖敏团队从理论和实验上证明，利用光学微腔中的光力振荡，可以实现光谱平坦的片上低重频光学频率梳。其原理如图1所示，当光在腔内运动时，由于动量变化可产生光压。当作用在微腔上的光压大于某一阈值时，会使得微腔发生光力振荡。这种振荡则会同时对泵浦光产生调制进而产生边带，其边带数与光力振荡的振幅相关。通常，由于光力系统具有很高的非线性，当光压很大时，容易产生光力混沌。在本工作中，研究团队发现在大蓝失谐（泵浦光频率远大于冷腔的谐振频率）条件下泵浦过耦合的光学模式，可产生巨大的光力振荡并同时避免光力混沌的产生。