【儀表網 研發(fā)快訊】近日，中國科學院上海微系統與信息技術研究所黎華研究員團隊與華東師范大學曾和平教授團隊合作，在太赫茲(THz)三光梳光源領域取得重要研究進展。團隊創(chuàng)新性地提出了一種緊湊型THz三光梳光源的實現方案，構建了由三個THz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。研究團隊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(見圖1a)，在實現樣品探測功能的同時，還提升了系統的熱穩(wěn)定性。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。該工作不僅為THz光譜學、精密測量等領域提供了高性能光源解決方案，同時也為THz多光梳技術的進一步發(fā)展奠定了重要基礎。該成果于2025年7月29日以“Terahertz Tri-Comb Laser Sources”為題在線發(fā)表在國際著名期刊《Laser & Photonics Reviews》上。
圖1. THz三光梳系統示意圖及有限元模擬仿真
研究團隊采用三維和二維有限元仿真方法，深入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(圖1b和c)。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，研究團隊采用二維有限元仿真證實其主要通過自由空間實現耦合(圖1d和e)。實驗結果表明，該系統可產生信噪比超過30 dB的穩(wěn)定三光梳信號，具有11個梳齒模式。該THz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(圖2a)；而當Comb-2作為探測器時，則可獲得Dual-Comb 12和Dual-Comb 23射頻譜(圖2b)。相位噪聲譜分析證實了該系統具有良好的穩(wěn)定性(圖2c)。
圖2. THz三光梳信號表征
論文第一作者為中國科學院上海微系統與信息技術研究所博士研究生劉彬彬，通訊作者為中國科學院上海微系統與信息技術研究所黎華研究員和華東師范大學曾和平教授。該研究工作得到了國家自然科學基金項目(62325509，62305364，62235019，61927813，62035005，61991430和62105351)、科技創(chuàng)新2030重大項目(2023ZD031000)、中國科學院“從0到1”原始創(chuàng)新項目(ZDBS-LY-JSC009)、中國科學院穩(wěn)定支持基礎研究領域青年團隊計劃(YSBR-069)等支持。
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