实验室贾琨鹏副研究员、谢臻达教授、祝世宁院士团队成果“小型化低噪声微腔光频梳源”入选“三年光电子领域优秀创新成果展”。

光学频率梳是在频域和时域上人们目前所能获得的最精密的 “尺子”，已成为高精度时间频率测量、精密激光光谱学、天文光谱校准等基础科学研究以及应用研究中最重要的工具之一。同时，光学频率梳还有望推动导航定位、相干光通信、微波光子学、测距传感等一系列重要民用、军用领域实现突破性发展，是激光领域最具变革意义的成果之一。基于光学微腔的光学频率梳有望实现可用于实际应用的小型化、集成化光学频率梳器件。然而，受限于片上光学微腔的几何结构和非线性系数，传统微腔光频梳的量子噪声极限较高，且在产生过程中其噪声水平还受到包括泵浦激光噪声、热噪声等多种技术噪声的限制，导致现有的相位噪声水平无法与传统光学频率梳相比，需要在原理和技术等方面进行创新性研究。

研究团队首创“两步泵浦”新原理，一举解决了微腔光孤子光频梳热稳定和泵浦噪声限制的两大基本问题，实现了世界上首个接近量子噪声极限的微腔光频梳，相噪低至-180dBc/Hz，时间抖动首次达到亚飞秒水平，可以用作时间周期基准的“光子飞轮”。该成果已经获得中、美、日、英多国专利授权，并发表于 Phys. Rev. Lett. 125, 143902 (2020)。奥克兰大学 Miro Erkintalo 教授在 Nat. Phys.上发文评论称：“……（该工作可以）直接探测绝对（而不是相对）时序抖动，而灵敏度超出了量子噪声极限……实现了具有空前低相位噪声的光孤子光梳，在高于 10kHz 的偏置频率范围内达到了量子噪声水平……”。以该成果为基础，研究团队将泵浦激光二极管芯片与 Q 值达 6×10⁸ 的光纤微腔集成为一个“掌上”器件，重频覆盖微波和太赫兹波段，具有低噪声、低功耗、一键启动等优点并形成产品样机（arXiv:2211.10031），该成果获得 2023 年日内瓦国际发明展金奖。

研究团队进一步实现了国际首个启钥布里渊-克尔孤子光频梳（Nat. Commun. 15, 55 (2024)）及其高灵敏度力学传感器的应用演示（Laser Photonics Rev. 4, 2200662 (2023)）；对于新原理新功能微腔光频梳的产生进行了深入探索，实现了电学可调控激光梳（Light Sci. Appl., 9, 185 (2020)）和二阶非线性光频梳产生（Photonics Res., 10, 509-515 (2022)）；实现了微腔孤子的时空锁模（Nat. Commun. 13, 6395 (2022)），具有亚赫兹级别的梳齿线宽和亚飞秒的超低时间抖动。