中國科學技術大學郭光燦院士團隊在微腔光學頻率梳的研究方面取得重要進展。該團隊董春華教授及合作者鄒長鈴等人提出一種普適的微腔色散調控機制，實現(xiàn)了光頻梳中心頻率和重復頻率的實時獨立調控，并應用于光學波長的精密測量，將波長的測量精度提升到kHz量級。相關研究成果1月12日發(fā)表在Nature Communications上。

近年來，基于光學微腔的孤子微梳在精密光譜學、光鐘、微波光子學、天文學等領域引起了極大的研究興趣。然而，由于環(huán)境和激光噪聲以及微腔中額外非線性效應的影響，孤子微梳的穩(wěn)定性受到了很大的限制，這成為微光梳在實際應用中的一個主要障礙。在之前的工作中，科學家們通過控制材料的折射率或者微腔的幾何尺寸以實現(xiàn)實時反饋，從而穩(wěn)定并調控光頻梳，這種方法會引起微腔內所有共振模式同時近乎均勻的變化，缺乏獨立調控梳齒頻率和重復頻率的能力，這大大限制了微光梳在精密光譜、微波光子、光學測距等實際場景中的應用。

針對這一難題，研究團隊提出了一種新的物理機制實現(xiàn)了對于光頻梳中心頻率和重復頻率的獨立實時調控。通過引入兩種不同的微腔色散調控手段，該團隊能夠對微腔不同階次的色散進行獨立控制，從而實現(xiàn)光頻梳不同梳齒頻率的全部控制。這種色散調控機制對于目前廣泛研究的氮化硅、鈮酸鋰等不同的集成光子平臺都是普適的。

在實驗中，該團隊利用泵浦激光和輔助激光分別獨立控制微腔不同階次的空間模式實現(xiàn)了泵浦模式頻率的自適應穩(wěn)定和頻梳重復頻率的獨立調控。基于該光頻梳，研究團隊演示了對于任意梳齒頻率的快速、可編程的調控，并將其應用于波長的精密測量中，展示了具有kHz量級測量精度和多波長同時測量能力的波長計。相比于之前的研究成果，研究團隊實現(xiàn)的測量精度達到了三個量級的提高。本研究成果所展示的可重構的孤子微梳為實現(xiàn)低成本、芯片集成的光學頻率標準奠定了基礎，將在精密測量、光鐘、光譜學及通信等領域得到應用。

（a-c）可重構微腔光頻梳原理示意圖。 (d)波長計的性能演示。

中科院量子信息重點實驗室博士后牛睿、特任副研究員李明為論文共同第一作者，董春華教授、鄒長鈴教授為論文通訊作者。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委員會、中科院、量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心等的支持。

附論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-35728-x

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kHz-precision wavemeter based on reconfigurable microsoliton

Rui Niu, Ming Li, Shuai Wan, Yu Robert Sun, Shui-Ming Hu, Chang-Ling Zou, Guang-Can Guo & Chun-Hua Dong

Nature Communications volume 14, Article number: 169 (2023)

DOI：10.1038/s41467-022-35728-x

（中科院量子信息重點實驗室、中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、物理學院、科研部）