片上激光頻率梳是像梳齒一樣同時(shí)發(fā)射多個(gè)頻率或顏色的光的激光器，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、光學(xué)計(jì)算、天文學(xué)和計(jì)量等一系列應(yīng)用中是一項(xiàng)有前景的技術(shù)。然而，片上頻率梳仍然受到一個(gè)嚴(yán)重的限制：它們并不總是有效的。有幾種方法可以緩解效率問(wèn)題，但它們都存在權(quán)衡。例如，頻率梳可以具有高效率或?qū)拵В�但不能同時(shí)兼具兩種優(yōu)勢(shì)。無(wú)法設(shè)計(jì)一種既高效又寬帶的片上激光頻率梳多年來(lái)一直困擾著研究人員，并阻礙了這些設(shè)備的廣泛商業(yè)化。

來(lái)自哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種光電頻率梳，其效率是以前最先進(jìn)器件的100倍，帶寬是以前的兩倍多。

該研究的作者之一Marko Loncar說(shuō)：“我們的設(shè)備為實(shí)現(xiàn)實(shí)用的光學(xué)頻率梳發(fā)生器鋪平了道路，并為新的應(yīng)用打開(kāi)了大門(mén)，它還提供了一個(gè)研究光學(xué)物理新領(lǐng)域的平臺(tái)。”

這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然·光子學(xué)》（Nature Photonics）上。

這一進(jìn)展建立在Loncar和他的團(tuán)隊(duì)之前的研究基礎(chǔ)上。

2019年，Loncar和他的實(shí)驗(yàn)室展示了第一個(gè)穩(wěn)定的芯片上頻率梳，可以用微波控制。這種所謂的電光頻率梳，建立在由Loncar實(shí)驗(yàn)室首創(chuàng)的鈮酸鋰平臺(tái)上，跨越了整個(gè)電信帶寬，但效率有限。2021年，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種用于控制光流的耦合諧振器設(shè)備，并用其演示了片上頻移器——一種可以以幾乎100%的效率改變光色的設(shè)備。

最新的研究應(yīng)用了兩個(gè)概念來(lái)解決基于諧振器的電光頻率梳的挑戰(zhàn)：效率-帶寬權(quán)衡。 

SEAS的研究助理、論文第一作者Yaowen Hu說(shuō)：“我們證明，通過(guò)將耦合諧振器和電光頻率梳這兩種方法結(jié)合起來(lái)，我們可以在不犧牲帶寬的情況下大大提高效率。事實(shí)上，我們實(shí)際上提高了帶寬”。

前SEAS博士后研究員、該論文的第一作者之一Mengjie Yu說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)你將梳狀光源的性能提高到這個(gè)水平時(shí)，該設(shè)備開(kāi)始以一種全新的模式運(yùn)行，將電光頻率梳狀生成過(guò)程與更傳統(tǒng)的克爾頻率梳狀方法結(jié)合起來(lái)。”

 這種新型梳狀光源可以在高功率下產(chǎn)生超快飛秒脈沖。該設(shè)備具有高效率和寬帶特性，可用于天文學(xué)、光學(xué)計(jì)算、測(cè)距和光學(xué)計(jì)量等領(lǐng)域。

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