光学频率梳是一类能够发射均匀间隔光谱线的激光源，是精密测量领域的重要工具，已被用于光学时钟、气体传感光谱仪以及用于探测系外行星光谱特征的仪器。长期以来，这类频率梳主要依赖体积从鞋盒到冰箱大小不等的大型光纤激光系统实现。

将梳状频谱技术微缩至芯片上

哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的工程师正推进将频率梳微缩到光子芯片上，开发毫米到微米尺度的“微梳”。除体积优势外，微梳也被认为适用于下一代电信场景，例如在单根光纤上生成多个数据载波。

由电气工程与应用物理学泰安赛·林教授马克·隆查尔（Mark Lončar）领导的研究提出了一种用于设计“谐振电光微梳”的通用模型，平台材料为薄膜铌酸锂。该材料具备强电光效应，可高效实现电子信号与光信号的混合。

研究显示，一块薄膜铌酸锂芯片可集成高度可编程且紧凑的电光微梳发生器，并可通过重新编程微波输入以适配不同任务。研究团队表示，这一成果有望提升电光微梳的实用性，简化设计流程，并提高能效。

相关论文已发表在《自然物理学》（Nature Physics）。

开创电光微梳平台

过去十年间，隆查尔团队在哈佛推进芯片级电光微梳的开发，目标是实现高效率、稳定性以及可由微波信号进行高度控制的器件。该类器件通过将单频激光与微波电信号结合，利用谐振增强的电光调制器产生宽带频率梳。

研究团队指出，薄膜铌酸锂的强电光效应使芯片上电光微梳的产生呈现出与传统、体积更大的电光微梳不同的行为：高效率、低电压调制可驱动光信号发生显著变化，而既有模型对这些现象的解释不足。

为进一步拓展电光微梳的工作区间并更精确刻画梳状频谱形成的物理机制，团队设计了长条形的铌酸锂“赛道形”谐振腔，并嵌入同等长度的电光调制器，以探索传统系统难以达到的调制深度。

在实验中，团队观察到多样的新型梳状频谱行为及相应的激光脉冲模式。通过对这些新行为进行系统性实验映射，研究人员建立了一个更具物理直观性、细致且可定量的谐振电光微梳描述模型。

第一作者、隆查尔实验室研究生宋云翔表示，借助该芯片平台，团队得以深入研究电光微梳在高调制深度区间的表现，并更全面地探索可实现的梳状频谱类型及其对应的脉冲形态。

研究还显示，通过引入多路微波信号输入，可生成覆盖更广光谱范围的宽带频率梳。团队认为，这一进展有望推动实现覆盖更大未知光学频率范围的微梳，从而服务于计量学及其他应用场景。