研究进展

南京大学在二阶非线性微腔光梳研究中取得突破

2022-02-23   675    
    南京大学介电超晶格实验室的谢臻达教授、祝世宁院士课题组在微腔光学梳频率梳究领域取得重要突破,利用自主研发的高品质因子的铌酸锂光学超晶格盒形微腔,实现了首个基于二阶非线性光参量下转换的微腔光学频率梳产生。目前,微腔光学频率梳的研究大多利用材料三阶非线性,在泵浦光波长附近产生级联四波混频效应的克尔光学频率梳,波长主要集中在1.5微米附近的通信波段。而在如中红外波段等其他重要波段,由于缺乏对应高性能中红外泵浦激光器,克尔光频梳的产生要困难得多。而采用二阶非线性产生光学频率梳有望从根本上解决上述难题,这是由于利用参量光产生的光学频率梳波长与泵浦光可相差多达一个倍频程,因而不受泵浦光波长的限制。在本研究中,研究人员利用成熟的1μm窄线宽激光器经过光纤放大作为泵浦,实现了简并的双共振微腔光参量振荡,在2μm波段实现了宽带的光频梳产生,其时域波形连续可复现,重复频率拍频线宽达仪器分辨力极限(10Hz),表明该光频梳具有高稳定性和低噪声的特性,该工作是对二阶非线性光学频率梳的一次有益尝试,有望将来进一步实现中红外波段光频梳产生。

    该工作以“2 μm optical frequency comb generation via optical parametric oscillation from a lithium niobate optical superlattice box resonator”为题发表在《Photonics Research》上。南京大学博士生汪小涵(已毕业)和博士后贾琨鹏为该项成果的共同第一作者,南京大学的谢臻达教授和贾琨鹏博士后为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划(2019YFA0705000, 2017YFA0303700)、国家自然科学基金(51890861, 11690031, 11621091, 11674169)、江苏省自然科学基金前沿技术项目(BK20192001)和广东省重点研发计划(2018B030329001),广东省基础与应用基础研究重大项目资助,江苏省博士后科研资助计划(2021K259B),国家留学基金委的资助。


图1:铌酸锂盒形微腔的设计,制备和表征


图2:2um光频梳的光谱和拍频信号测量

图3:2um光频梳的时域信号测量和演化



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