近日，上海科技大学信息科学与技术学院后摩尔器件与集成系统中心(PMICC)陆娟娟课题组在集成非线性光子器件领域取得了重要进展。该团队在z切薄膜钽酸锂(TFLT)平台，结合光折变效应辅助孤子启动与双色散波工程设计，实现了自启动的倍频程克尔孤子微梳。相关研究成果以“Octave soliton microcombs in z-cut lithium tantalate microring”为题，发表在光学领域国际期刊《 ACS Photonics 》。
近年，片上孤子微梳以其高相干性、宽带输出和良好的可扩展性，在精密测量、微波光子学等应用中展示出显著优势。在此背景下，基于TFLT的集成光频梳平台凭借出色的二阶非线性、高光学损伤阈值和超低传输损耗，为实现片上化、低功耗的微梳源开辟了新途径。然而，现有 TFLT 微环孤子器件往往依赖双泵浦或快速频率扫描才能启动，难以实现真正的自启动与长时稳定，其频谱带宽也仍存在一定的局限性。
针对这一系列问题，陆娟娟课题组在z切TFLT 微环中创新性地引入了光折变效应辅助孤子启动和双色散波工程设计，显著提升了孤子频率梳的带宽与启动鲁棒性。团队首先通过仿真优化了微环脊形波导的顶宽 W 和平板厚度 h ，以同时满足红、蓝两端色散波的相位匹配需求。随后，利用光折变效应，实现了仅凭单一泵浦光的蓝向调谐即可自发启动孤子，在 W = 1.75μm、 h = 0.19μm结构下成功实现了重复频率为264 GHz、覆盖1100 - 2200 nm的跨倍频程谱宽的孤子微梳 (图1)。经长达 8 小时的自由运行测试验证，该孤子微梳保持优秀的输出稳定性。该工作不仅大幅简化了宽带孤子微梳的生成方案，也为在 TFLT 平台上构建高精度光学原子钟、微波信号源和 f - 2f 自参考系统等应用奠定了关键技术基础。
图1 (a) 色散曲线仿真图，插图为钽酸锂波导结构示意图。 (b) 重复频率为264GHz，覆盖 1100 - 2200 nm的倍频程孤子频率梳光谱图。插图为微环结构的伪彩色扫描电子显微镜图像
上海科技大学是该成果的第一完成单位。信息学院2023级硕士研究生朱会宗和2024级博士研究生于思敏为共同第一作者，2024级硕士研究生钱景春、齐明跃、2023级硕士研究生周锐鑫、陈佰乐教授为共同作者，陆娟娟教授为通讯作者。该项目得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acsphotonics.5c01189
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