上海光机所在集成微腔光学频率梳领域取得进展

近日，中科院上海光机所空天激光技术与系统部谢鹏研究员团队围绕微腔光频梳的孤子激发、呼吸子动力学调控与频率稳定化开展研究，在双向孤子产生、呼吸子锁定与微腔中不同光梳间同步三个方面分别取得进展。相关研究成果分别以“Counter-Propagating Solitons in the Mode-Splitting Microcavity”为题发表于ACS Photonics，入选封面论文；以 “Backscattering-induced oscillated breathing soliton microcomb”为题发表于Optics Letters；以 “Cross-phase modulation radiation between soliton and four-wave mixing states”为题发表于Optics Letters。

研究团队通过在局部色散微扰的泵浦模式处进行泵浦，在模式劈裂微腔中首次实现了双向孤子的稳定共存。实验结果如图1所示，在适当失谐条件下，双向传播的孤子可达到等高功率水平，实现了双向孤子的产生。

双向孤子产生实验结果。(a)谐振峰透射谱。(b)正向传输光（红线）与反射光（蓝线）随波长演化的曲线。（c）不同状态下的光谱图。Ⅰ, 单倍光梳光谱图；Ⅱ，孤子态光梳光谱图。(d) 双向孤子频梳梳齿功率对比。（e）生成孤子的重复频率。

研究团队实现了一种反射光诱导的呼吸子光频梳的生成。实验结果如图2所示，呼吸孤子展现出正向光与反射光周期性能量交换，振荡周期MHz量级。实验中，呼吸频率可通过调节泵浦激光频率实现连续调谐。通过锁定呼吸孤子的振荡频率，团队在600秒时间周期内，将孤子微梳重复频率波动从57.4 kHz降低至600 Hz。这一工作为探索孤子动力学开辟了新思路，并提供了一种孤子微梳重复频率锁定的新方法。

研究团队探索了微腔光频梳中的孤子态与四波混频态非线性相互作用，实现了孤子态与四波混频态光频梳的共存。通过优化泵浦光和探测光的功率、失谐，实现孤子态与四波混频态边带的相位匹配，在四波混频态的边带处成功激发了交叉相位调制微光梳，实验结果如图3所示。这一工作为不同微梳状态之间的内在同步提供了新方法，并为实现重复频率GHz级孤子态微梳与重复频率THz级四波混频态之间的同步开辟了新途径。