【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所黎華研究員團(tuán)隊(duì)在太赫茲(THz)量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)光注入鎖定領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究提出了一種THz單模QCL與光頻梳QCL之間的光學(xué)互注入(MOI)鎖定方案，在無需外部鎖定硬件(如鎖相環(huán)、微波注入裝置)的條件下，僅通過光學(xué)耦合即可實(shí)現(xiàn)頻率同步。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)調(diào)節(jié)兩個(gè)QCL之間的頻率失諧時(shí)，可以清晰觀察到MOI鎖定現(xiàn)象，且在不同的主從激光配置上表現(xiàn)出明顯的不對(duì)稱性：當(dāng)單模QCL作為主激光器時(shí)，光頻梳受到擾動(dòng)，如重復(fù)頻率偏移、線寬展寬及鎖定，最大鎖定帶寬約為30 MHz；而當(dāng)光頻梳QCL作為主激光器時(shí)，不穩(wěn)定區(qū)域被抑制，鎖定帶寬顯著擴(kuò)展至94 MHz。在鎖定范圍內(nèi)，重復(fù)頻率的相位噪聲和阿倫方差顯著改善，表明光頻梳的穩(wěn)定性提高。這一緊湊的MOI鎖定方案為芯片級(jí)THz光頻梳的穩(wěn)定、光頻分應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。該成果于2026年3月10日以“Mutual optical injection locking dynamics between a terahertz single-mode laser and a frequency comb laser”為題在線發(fā)表在《APL Photonics》期刊，并被遴選為Featured Article。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)率先在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了THz波段單模QCL與光頻梳QCL的光學(xué)互注入鎖定。兩個(gè)QCL 來自同一晶圓，通過面對(duì)面安裝在 Y 型冷指上實(shí)現(xiàn)雙向光學(xué)耦合。實(shí)驗(yàn)中，單模 QCL 與光頻梳 QCL 的狀態(tài)通過調(diào)節(jié)電流偏置得到，可以控制兩臺(tái)激光器的頻率差，實(shí)現(xiàn)從未鎖定狀態(tài)至鎖定狀態(tài)的改變。未鎖定狀態(tài)下，兩個(gè)QCL之間弱耦合，單模 QCL與光頻梳的梳齒發(fā)生拍頻，產(chǎn)生一系列射頻信號(hào)(fbn)。MOI 鎖定狀態(tài)表示單模 QCL 與最靠近光頻梳的梳齒對(duì)齊，fbn信號(hào)消失，僅保留穩(wěn)定的模間拍頻信號(hào)(frep及其諧波)，鎖定帶寬由Δflock表示。
 

　　論文第一作者為中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所吳澍民博士，通訊作者為中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所黎華研究員。該研究工作得到了科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目(2023ZD031000)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(62235019, 62035005, 62105351, 62275258, 和62305364)、中國科學(xué)院“從0到1”原始創(chuàng)新項(xiàng)目(ZDBS-LY-JSC009)、中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃(YSBR-069)等支持。