功能化的光尺：布里渊辅助的多孤子微腔复用- 大数跨境

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功能化的光尺：布里渊辅助的多孤子微腔复用

两江科技评论

2023-04-20

导读：近日，电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室饶云江教授、姚佰承教授课题组分别与北京大学肖云峰教授课题组和南京大学谢臻达教授在微腔光频梳研究中取得新进展：

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撰稿|由课题组供稿

导读。

近日，电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室饶云江教授、姚佰承教授课题组分别与北京大学肖云峰教授课题组和南京大学谢臻达教授在微腔光频梳研究中取得新进展：通过在微腔中产生异模式的布里渊激光，分别在WGM微谐振腔和光纤F-P微谐振腔中实现了单腔、单泵的克尔孤子双梳激发和调控。相关工作分别发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）和《激光与光电子学进展》（Laser & Photonics Reviews）上。

研究背景

近年来，微腔孤子频梳技术被广泛应用于光通信、光学原子钟、光学传感、双梳光谱等领域。其中，孤子双频梳光源对于双梳光谱学、激光雷达和超敏光感知等应用具有特别的吸引力。传统的孤子双频梳的产生通常需要额外的外部激光器或快速电光调制器来获得用于双孤子微梳产生的第二个泵浦光，这往往意味着复杂的操作需求和受权衡的性能水平。为了提升系统的简洁性、相干性和可操控性，实现单泵、单腔的孤子微梳复用有着突出的价值。

研究亮点

1. 基于过模回音壁模式微腔的孤子复用：

在高Q值多模微腔中结合克尔和布里渊非线性效应，研究者们提出，在单频泵浦条件下，可在另一个模式家族产生级联的布里渊激光，进而在单个微腔中这顺时针和逆时针双向，实现了多达5套微梳的激发。通过双梳模式选择，可提供重频率差可自由切换的双梳系统，为灵活的光学标尺提供了新平台。这一物理设计，在单腔的紧凑结构中实现了丰富的时频操作，其整体功耗小（10mW量级）、调谐范围大（8.5-212MHz）、差频噪声低（-158dBc/Hz），在光子微波产生、高精度计量和快速光谱学等广泛应用领域具有独特的潜力。

该工作以“Soliton Microcombs Multiplexing Using Intracavity-Stimulated Brillouin Lasers”为题，发表在Physical Review Letters上。论文的共同第一作者包括电子科技大学张浩、谭腾，北京大学陈豪敬、郁言以及加州大学洛杉矶分校王文亭博士。北京大学肖云峰教授和电子科技大学饶云江教授、姚佰承教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发、国家自然基金、国家重点实验室项目和国家博新计划的支持。

图1 基于WGM过模微腔的孤子双梳和多梳复用

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.153802

2. 基于正交双模光纤F-P微腔的孤子复用：

在双折射光纤F-P微腔中结合克尔和布里渊非线性效应，研究者们提出，使用单个泵浦激光，能产生一对正交偏振的克尔孤子微梳。与传统双梳不同，受交叉相位调制影响，该双梳相互锁定且共享同一个重复频率（1GHz），但拥有不同的中心频率（差别为9.278GHz）。得益于布里渊激光的天然稳定性，该双梳拍频的噪声低至-166.5dBc/Hz。更特别的是，这种全光纤的微腔具有结构上的柔性，所产生的孤子光梳能实现高精度的机械调控。当在光纤侧面引入0~7.33mN的应力时，双光梳的中心差频和重频分别展现出0.3kHz/uN和0.4kHz/uN的调谐能力。进而，研究者们演示了其作为可调谐光子微波源和高灵敏度力学传感器的测试结果，其能在光射频操控、精密光学测量和光子陀螺等应用中发挥新的潜能。

该工作以“Co-Generation of Orthogonal Soliton Pair in a Monolithic Fiber Resonator with Mechanical Tunability”为题，发表在Laser & Photonics Reviews上。论文的共同第一作者包括电子科技大学秦琛烨（现为南京大学博士生）、杜俊廷和常冰。南京大学谢臻达教授和电子科技大学饶云江教授、姚佰承教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发、国家自然基金和之江实验室重大项目的支持。