日前，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究團隊，在太赫茲量子級聯(lián)激光器光注入鎖定領(lǐng)域取得進展。研究團隊提出了太赫茲單模量子級聯(lián)激光器與光頻梳量子級聯(lián)激光器之間的光學(xué)互注入（MOI）鎖定方案，該方案在無需鎖相環(huán)、微波注入裝置等外部鎖定硬件的條件下，僅通過光學(xué)耦合即可實現(xiàn)頻率同步。

研究團隊在實驗上，實現(xiàn)了太赫茲波段單模量子級聯(lián)激光器與光頻梳量子級聯(lián)激光器的光學(xué)互注入鎖定。兩個量子級聯(lián)激光器來自同一晶圓，通過面對面方式安裝在Y型冷指上，實現(xiàn)雙向光學(xué)耦合。實驗中，研究團隊通過調(diào)節(jié)電流偏置，可調(diào)控單模量子級聯(lián)激光器與光頻梳量子級聯(lián)激光器的工作狀態(tài)，控制其頻率差，實現(xiàn)從未鎖定狀態(tài)至鎖定狀態(tài)的改變。未鎖定狀態(tài)下，兩個量子級聯(lián)激光器間呈弱耦合，單模量子級聯(lián)激光器與光頻梳梳齒發(fā)生拍頻，產(chǎn)生一系列射頻信號（fbn）。MOI 鎖定狀態(tài)下，單模量子級聯(lián)激光器與最靠近光頻梳的梳齒對齊，fbn信號消失，僅保留穩(wěn)定的模間拍頻信號（frep及其諧波），鎖定帶寬由Δflock表示。

單模太赫茲量子級聯(lián)激光器與光頻梳太赫茲量子級聯(lián)激光器之間的光學(xué)互注入實驗測量結(jié)果（以單模量子級聯(lián)激光器為主激光器）

實驗表明，通過調(diào)節(jié)兩個量子級聯(lián)激光器之間的頻率失諧，可清晰觀察到MOI鎖定現(xiàn)象，且該現(xiàn)象在不同主從激光配置上表現(xiàn)出明顯的不對稱性：當(dāng)單模量子級聯(lián)激光器作為主激光器時，光頻梳出現(xiàn)重復(fù)頻率偏移、線寬展寬及鎖定等擾動效應(yīng)，最大鎖定帶寬約為30MHz；而當(dāng)光頻梳量子級聯(lián)激光器作為主激光器時，不穩(wěn)定區(qū)域受到抑制，鎖定帶寬擴展至94MHz。在鎖定范圍內(nèi)，重復(fù)頻率的相位噪聲與阿倫方差均得到明顯改善，這表明光頻梳穩(wěn)定性得到有效提升。這一緊湊的MOI鎖定方案為芯片級太赫茲光頻梳的穩(wěn)定、光頻分應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 相關(guān)研究成果發(fā)表在《應(yīng)用物理快報-光子學(xué)》（APL Photonics）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院的支持。

參考文獻： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)

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