新型片上激光频率梳，将效率提高了100倍

【蜂耘网   激光光学】 片上激光频率梳是像梳齿一样同时发射多个频率或颜色的光的激光器，在环境监测、光学计算、天文学和计量等一系列应用中是一项有前景的技术。

然而，片上频率梳仍然受到一个严重的限制：它们并不总是有效的。有几种方法可以缓解效率问题，但它们都存在权衡。例如，频率梳可以具有高效率或宽带，但不能同时兼具两种优势。无法设计一种既高效又宽带的片上激光频率梳多年来一直困扰着研究人员，并阻碍了这些设备的广泛商业化。

图：一种新的片上频率梳将耦合谐振器与电光频率梳相结合，有效提高了频率梳的效率和带宽。

资料来源：Yiqing Pei/Harvard SEAS

来自哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的一个团队开发了一种电光频率梳，其效率是以前最先进器件的100倍，带宽是以前的两倍多。

“我们的设备为实现实用的光学频率梳发生器铺平了道路，并为新的应用打开了大门，”该研究的作之一Marko Lon?ar说。“它还提供了一个研究光学物理新领域的平台。”

 这项研究发表在《Nature Photonics》上。

这一进展建立在Lon?ar和他的团队之前的研究基础上。

2019年，Lon?ar和他的实验室展示了第一个稳定的芯片上频率梳，可以用微波控制。这种所谓的电光频率梳，建立在由Lon?ar实验室首创的铌酸锂平台上，跨越了整个电信带宽，但效率有限。2021，该团队开发了一种用于控制光流的耦合谐振器设备，并用其演示了片上频移器——一种可以以几乎100%的效率改变光色的设备。

最新的研究应用了两个概念来解决基于谐振器的电光频率梳的挑战：效率-带宽权衡。

“我们证明，通过将耦合谐振器和电光频率梳这两种方法结合起来，我们可以在不牺牲带宽的情况下大大提高效率。事实上，我们实际上提高了带宽，”SEAS的研究助理、论文第一作者Yaowen Hu说。

“我们发现，当你将梳状光源的性能提高到这个水平时，该设备开始以一种全新的模式运行，将电光频率梳状生成过程与更传统的克尔频率梳状方法结合起来，”前SEAS博士后研究员、该论文的第一作者之一Mengjie Yu说。

这种新型梳状光源可以在高功率下产生超快飞秒脉冲。该设备具有高效率和宽带特性，可用于天文学、光学计算、测距和光学计量等领域。

[1] Yaowen Hu et al, High-efficiency and broadband on-chip electro-optic frequency comb generators, Nature Photonics (2022). DOI: 10.1038/s41566-022-01059-y

（蜂耘激光光学网   责任编辑：行云）