太赫茲三光梳系統示意圖及有限元模擬仿真

近日，中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員黎華團隊與華東師范大學教授曾和平團隊合作，在太赫茲(THz)三光梳光源研究方面取得進展。該研究提出了緊湊型太赫茲三光梳光源的實現方案，構建了由三個太赫茲量子級聯激光器(QCL)組成的三光梳系統，提升了信息獲取能力與測量精度。研究采用片上集成的雙光梳(Comb-1和Comb-2)與獨立單光梳器件(Comb-3)相結合的三光梳架構，在實現樣品探測功能的同時提升了系統的熱穩定性。研究顯示，通過自探測技術，可獲得任意兩組光頻梳多外差混頻產生的三光梳信號。

該團隊采用三維和二維有限元仿真方法，研究了三光梳間的耦合機制。三維模擬仿真顯示，對于單面金屬波導THz QCL光頻梳來說，光場有很大部分存在于襯底中，因此Comb-1和Comb-2通過襯底實現有效耦合。針對Comb-1(或Comb-2)與Comb-3的耦合，由于器件納米級尺寸與厘米級間距的尺度不匹配，研究采用二維有限元仿真證實其主要通過自由空間實現耦合。實驗結果表明，該系統可產生信噪比超過30 dB的穩定三光梳信號，具有11個梳齒模式。該太赫茲三光梳系統展現了靈活的光譜獲取能力：當Comb-3作為快速探測器時，可同步獲取Dual-Comb 13和Dual-Comb 23射頻譜;當Comb-2作為探測器時，可獲得Dual-Comb 12和Dual-Comb 23射頻譜。相位噪聲譜分析證實，這一系統具有良好的穩定性。

上述研究為太赫茲光譜學和精密測量等領域提供了高性能光源解決方案，并為太赫茲多光梳技術的進一步發展奠定了基礎。

7月29日，相關研究成果在線發表在《激光與光子學評論》(Laser & Photonics Reviews)上。研究工作得到國家自然科學基金、科技創新-2030重大項目、中國科學院相關項目等的支持。

審核編輯 黃宇