南京大學現(xiàn)代工程與應用科學學院姜校順、肖敏團隊利用片上光學微腔中的大振幅光力振蕩，實現(xiàn)了一種新的光學頻率梳（光力光學頻率梳）。這種片上微型光學頻率梳具有低重頻、光譜平坦等優(yōu)點。基于這種大振幅的光力振蕩，研究團隊還同時實現(xiàn)了寬帶的微波頻率梳。

光學頻率梳是指在頻率上由一系列間隔相等且相位相干的譜線組成的激光光源，其在光學度量、精密光譜、光原子鐘、射頻光子學等領域具有重要應用。通常，光學頻率梳可以通過鎖模激光器、電光調(diào)制及光學微腔中的參量非線性效應（克爾光頻梳）產(chǎn)生。相比于傳統(tǒng)光頻梳，克爾光頻梳具有寬光譜、低功耗、制備工藝與互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術(shù)兼容等優(yōu)點。同時，由于克爾光頻梳的尺寸小，其還具有高重復頻率的特點。因此，在相干光通信、超快精密測距、天文光譜校準以及低噪聲微波或太赫茲波產(chǎn)生等領域具有明顯優(yōu)勢。另一方面，在一些其他領域（例如高分辨率光譜學、高精度傳感、高功率超連續(xù)譜產(chǎn)生等），則需要低重頻的光學頻率梳。然而，由于克爾光頻梳的重復頻率取決于其自由光譜范圍（或尺寸），導致實現(xiàn)低重頻的克爾光頻梳則需要制備非常大尺寸的光學微腔（例如要實現(xiàn)50 MHz重頻的克爾光頻梳則需要米量級的光學"微腔"）。這使得實現(xiàn)低重頻的微型光頻梳具有很大挑戰(zhàn)。

圖1.光力光學頻率梳示意圖

最近，姜校順、肖敏團隊從理論和實驗上證明，利用光學微腔中的光力振蕩，可以實現(xiàn)光譜平坦的片上低重頻光學頻率梳。其原理如圖1所示，當光在腔內(nèi)運動時，由于動量變化可產(chǎn)生光壓。當作用在微腔上的光壓大于某一閾值時，會使得微腔發(fā)生光力振蕩。這種振蕩則會同時對泵浦光產(chǎn)生調(diào)制進而產(chǎn)生邊帶，其邊帶數(shù)與光力振蕩的振幅相關(guān)。通常，由于光力系統(tǒng)具有很高的非線性，當光壓很大時，容易產(chǎn)生光力混沌。在本工作中，研究團隊發(fā)現(xiàn)在大藍失諧（泵浦光頻率遠大于冷腔的諧振頻率）條件下泵浦過耦合的光學模式，可產(chǎn)生巨大的光力振蕩并同時避免光力混沌的產(chǎn)生。