微腔光频梳实现紧凑型的精密时间-频率参考源

光学回音壁模式（whispering gallery mode）是由于全反射将光束缚在球形或者环形谐振腔中而形成的一种谐振模式，可利于在微纳尺度上制成光学谐振腔，并具有超高的品质因子（Q值）。这类谐振腔中的光子寿命可以高达毫秒量级，因此在光子存储、光学传感、绝热调控、超稳激光、光学非线性调控等领域具有极大的应用前景。回音壁模式微腔也是研制微纳尺度激光频率梳的重要平台（简称“微腔光频梳”），能够实现紧凑型的精密时间-频率参考源，以及超低噪声的光频-微波信号转换，是当前微纳光子学领域的前沿热点之一。

光学回音壁模式氟化镁微腔中产生的激光频率梳

模间串扰是回音壁模式微腔中普遍存在的现象。由于模式数量众多，模式间的耦合作用十分复杂，潜在的强耦合会破坏微腔光频梳的稳定性。针对这一问题，上海大学通信学院郭海润教授团队近日在微腔光频率梳的模间耦合特性研究方面取得重要进展，验证了模间色散对于激光频率梳的宽带光谱整形作用，相关成果以”Optical microcombs in whispering gallery mode crystalline resonators with dispersive intermode interactions”为题于2022年11月30日发表于国际光学学会期刊《Photonics Research》（JCR和中科院一区）。

这项工作中，团队从光学回音壁模式微腔的制备、微腔中的激光频率梳产生、模间耦合作用的激发与分析等多个方面开展了系统性的研究。团队制备了品质因子接近百亿（1010）的回音壁模式晶体微腔，并在微腔中实现了重复频率近13GHz（对应于微波KU-波段）的激光频率梳。通过在相邻的耦合模式间引入泵浦激光，团队观察并验证了由模间色散调控的多种激光频率梳状态，实验现象与预想的理论模型吻合。“我们的研究成果为回音壁模式微腔中的激光频率梳产生提供了一些新思路，也有助于理解微腔中复杂的非线性动力学现象”郭海润说。

这项工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科技发展基金等项目的资助。上海大学特种光纤与光接入网重点实验室是论文的第一完成单位。

审核编辑：郭婷