创新微梳稳定机制：提升光子学应用的频率控制与性能
锁模微梳技术为光子学领域提供了一种创新且紧凑的解决方案，广泛应用于光通信、光学时钟、光学测距、精密光学检测设备、新型量子光源及光子人工智能等多个领域。然而，光子微结构在实际应用中常受到环境热噪声及激光诱导非线性效应的干扰，导致生成的梳状频率稳定性不足。针对这一问题，Niu等人提出了一种全新的稳定微梳机制，并通过实验验证了其有效性。该机制通过结合两种全局调谐方法与自主热锁定技术，实现了在不中断微梳生成过程的前提下，实时独立控制微梳的泵浦激光频率与重复率。
在具体的实验设置中，研究团队采用了一个由泵浦激光器与辅助激光器独立控制的双温度模型，以实现微梳的自适应稳定与重复率的独立调谐。实验结果显示，该方法能够实现任意梳线的快速、可编程及通频控制，并在波长计的原理验证中达到了kHz级别的频率测量精度，相较于之前MHz精度的工作，其精度提升了三个数量级。这种对梳状频率的完全控制方法有望应用于多种微梳平台，并显著提升其在定时、光谱及传感等方面的性能。相关研究成果已发表于《Nature Communications》。
此外，微谐振器中的超高品质因子与小模体积特性，使得仅用mW级连续波激光即可激发克尔与普克尔非线性光学效应，从而产生频率梳及微孤子。对于微孤子在光通信、光测距、光时钟、精密光谱学、新型量子光源、光谱仪及光子人工智能等领域的潜在应用，每条梳线的高频稳定性与可调性显得尤为关键。然而，微谐振腔由于模体积小，易受环境热噪声及寄生激光诱导非线性效应的影响，导致微孤子对腔模及泵浦激光的频率波动极为敏感。
这些不利因素会引起介电材料折射率及微谐振器几何形状的局部扰动，进而导致单个光学谐振的不均匀偏移及自由光谱范围的意外波动。为了稳定孤子梳，常见的腔调谐方法基于热光学与电光效应，通过依赖于介电折射率或腔几何形状的全局变化来实现谐振的全局频移。然而，这种方法同时调谐所有模式的频率与自由频谱范围，因此难以实现对梳齿的完全控制。例如，在调整重复率时，无法保持目标泵浦模式波长不变，因为整个腔光谱同时偏移的量远大于自由光谱范围的漂移。这导致驱动激光处于远共振状态，进而使得稳定甚至调谐重复率面临挑战，阻碍了微孤子的实际应用。
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2026-02-12
