光子芯片上的集成涡旋孤子微梳：实现光频率与轨道角动量组合控制
研究背景：光的频率和轨道角动量的协同控制为时空光波形的产生和光学计量提供新机会，但物理实现存在挑战，微光子技术可在较小占地面积上创建和检测轨道角动量光束，光学微谐振器是新兴的涡旋发射平台。
原理：连续波泵浦激光进入微谐振器产生孤子微梳，内周刻有角光栅使微梳发射到自由空间，携带不同轨道角动量，体现频率和轨道角动量的双射关系。
器件：用4μm硅基底和800nm厚氮化硅薄膜制造微谐振器，平均半径和宽度分别为22μm和2μm，自由光谱范围约1THz，光栅元件设计为椭圆形，垂直发射效率7%，模式系列色散显示反常群速度色散，固有品质因数为179万，倍频分裂接近设计值，装置抑制了不希望的后向散射。
光谱特性：微谐振器被放大的连续波激光泵浦引发参量振荡，单孤子态光谱跨度超过40THz，通过实验装置识别发射梳线的轨道角动量状态，装置中模式解锁微梳不能提供稳定干涉图案。
时空特性：强度在孤子微梳的重复频率下围绕光轴旋转，发射光束具有双螺旋强度分布，围绕光轴动态旋转，实验和模拟结果一致性突显了装置中产生的孤子微梳的互相干性。
涡旋光谱学：应用涡旋孤子微梳测量光路中拓扑荷的分布，系统信道间串扰的平均值为-18.5dB，测量结果与预设值一致性显著，为准确推算拓扑荷的权重应考虑物体波长相关的反射率测量（透射率测量）。
研究意义：光的空间和频率自由度的相关性为结构光的生成、操纵和检测提供新范式，许多光频梳技术可应用于光的轨道角动量，涡旋孤子微梳将加速复杂结构光在相关应用中的部署。
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2026-02-12
