近日，我院夏豪杰教授课题组青年教师金雪莹首次在微米尺度的光学微瓶腔平台上实现了拉曼光频梳的多模态选择性激发及宽带光谱调谐，相关研究成果在线发表在国际著名光学领域期刊Journal of Lightwave Technology上。金雪莹老师为第一作者，夏豪杰教授为通讯作者。

      基于光学微腔的拉曼微激光器具有极低的非线性阈值和微米量级尺寸，可以在近红外/中红外波段产生相干的光频梳光谱信号。该技术利用光学微腔的超高Q值和极小模式体积，能够在连续光（CW）泵浦的条件下，产生超低阈值的非线性激光出射。然而，在设计拉曼微激光器时，实现拉曼光梳的可控激发和大范围光谱调谐，仍然是一个挑战，也是实现集成化光子器件的关键。目前的研究方法主要基于对微腔尺寸的机械调节，或者环境温度的调控，调谐装置复杂且范围较小。

     研究团队基于微瓶腔的模式理论和耦合Lugiato Lefever (LL)方程，从理论上推导和分析了微瓶腔内拉曼光频梳的调谐机理和产生工作过程，证明了百纳米光谱调谐的可能性。在实验中，该团队利用微瓶腔特殊的模式结构，证明了不同横向模式族的选择性激发能够产生大范围的光谱调控，理论和实验证明了新型拉曼光频梳调控方法的普适性。此外，通过改变微腔半径、或者调节泵浦功率也可以实现拉曼光频梳的光谱调谐。同时，实验中观测到二维拉曼-克尔光频梳的多模状态激发和切换，包括克尔光频梳、单频拉曼激射、多模拉曼激光和孤子晶体态。因此，新型拉曼微激光器可以作为高性能的锁模飞秒光频梳光源，应用于光钟、6G通信、精密光谱测量等应用系统。

 图1  微瓶腔内拉曼光频梳产生和调控机理

 图2  拉曼光频梳宽带光谱调控

图3  二维拉曼-克尔光频梳的多模状态激发和切换

      该工作揭示了光学微腔内产生和大范围调控拉曼激光的新机理，且此类拉曼光的调控方法和特性与传统调控方法不同，拓展了超快激光技术的理论体系。该新型微腔拉曼激光器可用于大范围近/中红外飞秒光频梳信号产生，可克服传统拉曼激光器调谐范围小、调谐装置复杂的技术瓶颈，具有重要的潜在应用价值。

该项研究成果受到国家自然科学基金青年项目（62005071）、安徽省自然科学基金（2008085QF312）、国家重点研发计划（2019YFE010747）和中央高校基本科研项目（JZ2021HGTB0079）资助。

Journal of Lightwave Technology（JLT）报道原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9764378