光学微腔中光频率梳自锁频技术及低噪微波源基础研究

Optical frequency comb generation is the key technology for many essiential areas like communications, defense & sensing applications, the key relies on optical comb’s self-referenced locking mechinism. In this proposal, we aim to bring in the brand-new plateform of microscale optical comb based on the millmeter sized microcavities to meet low-input power, intergratable requirement. Meanwhile , we will seek new micro-fabrication to manufature high-Q factor microcavities. Also by optimzing the mcirocavity structures, we hope to enhance the nonlinear optical progress during the comb generation inside the microcavities to obtain octave spanning optical comb for self referening techiques to stablize the optical comb. The consequent microwave beating signals out of stable optical comb will be served as low phase noise microwave soures. We hope to solve the long standing problem of self-referenced optical comb genenration in a microcavity, and utilize it for the applications for communication, defense and sensing.

光学频率梳一直是国防、通讯及传感等核心研究领域的重中之重，而问题的关键在于其自锁频技术的研究。针对光梳的低功率、可集成化等新的要求，本课题拟在基于全新的毫米级光学微腔作为平台，研究其中宽谱光梳的产生以满足自锁频技术的倍频程要求，来完成微型光腔中的光梳自锁频。以此为目标，探索出一套新型的针对毫米级高品质因子光腔的微加工制备关键技术，研究光梳在光学微腔中非线性腔增强效应，研究自参考锁频技术中的非线性问题，达到锁频以稳定光梳的目标。并利用稳定的光梳，通过拍频达到底噪微波的输出。此项研究将为微型光梳在国防、航天、信息、通讯等重要领域的研究开辟一条新途径。

光学频率梳一直是国防、通讯及传感等核心研究领域的重中之重。针对光梳的低功率、可集成化等新的要求，本课题开展了以可集成化光学微腔作为平台，开展了光学微腔中光频率梳产生的机理性研究。探索出一套新型制备加工高品质因子微型光腔的关键技术，解决了微型光频率梳的产生的核心科学问题。在本次项目中我们重点研究了光学微腔中光频率梳的增益拔尖效应，这一成果揭示了微腔光梳中非线性自稳定的根本机制问题；面向微腔中光频率梳精密调控这一痛点问题，团队演示出基于被动式外腔光热的新型MHz级别高精度的调控方法，实现了的微腔中光频率梳精密调控；面向微腔中产生底噪微波源的研究目标，我们采用上述的高精度被动式外腔光热的调控方法，我们还实现了基于腔中受激布里渊效应的微波拍频，其频率可由此外电场在MHz级别调控，给基于此的微波源带来了可能；利用上述的高品质因子的光学微腔，我们结合其对外界干扰的灵敏反应，通过光机械模式、光热效应等，成功的实现了单一微腔结构中同时对外加光场、声波、微波的同时探测，为下一步光学微腔的灵敏探测技术打下了基础；此外，我们在基于此类技术上进行了拓展研究，通过非线性频率转换可合成一个附加的频域，利用单一微腔中的两个耦合的光学模式代替现有的空间奇偶势场，进而从理论和实验上证明了在这个合成光谱维中合成反PT的对称性。成果以通讯作者的身份发表于Physical Review Letters、Nanophotonics、Nanoscale等有影响力的期刊。为微型光梳在国防、航天、信息、通讯等重要领域的应用打下坚实基础。