【儀表網 研發快訊】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在太赫茲(THz)量子級聯激光器(QCL)光注入鎖定領域取得重要進展。該研究提出了一種THz單模QCL與光頻梳QCL之間的光學互注入(MOI)鎖定方案，在無需外部鎖定硬件(如鎖相環、微波注入裝置)的條件下，僅通過光學耦合即可實現頻率同步。實驗結果表明，當調節兩個QCL之間的頻率失諧時，可以清晰觀察到MOI鎖定現象，且在不同的主從激光配置上表現出明顯的不對稱性：當單模QCL作為主激光器時，光頻梳受到擾動，如重復頻率偏移、線寬展寬及鎖定，最大鎖定帶寬約為30 MHz；而當光頻梳QCL作為主激光器時，不穩定區域被抑制，鎖定帶寬顯著擴展至94 MHz。在鎖定范圍內，重復頻率的相位噪聲和阿倫方差顯著改善，表明光頻梳的穩定性提高。這一緊湊的MOI鎖定方案為芯片級THz光頻梳的穩定、光頻分應用奠定了基礎。該成果于2026年3月10日以“Mutual optical injection locking dynamics between a terahertz single-mode laser and a frequency comb laser”為題在線發表在《APL Photonics》期刊，并被遴選為Featured Article。
研究團隊率先在實驗上實現了THz波段單模QCL與光頻梳QCL的光學互注入鎖定。兩個QCL 來自同一晶圓，通過面對面安裝在 Y 型冷指上實現雙向光學耦合。實驗中，單模 QCL 與光頻梳 QCL 的狀態通過調節電流偏置得到，可以控制兩臺激光器的頻率差，實現從未鎖定狀態至鎖定狀態的改變。未鎖定狀態下，兩個QCL之間弱耦合，單模 QCL與光頻梳的梳齒發生拍頻，產生一系列射頻信號(fbn)。MOI 鎖定狀態表示單模 QCL 與最靠近光頻梳的梳齒對齊，fbn信號消失，僅保留穩定的模間拍頻信號(frep及其諧波)，鎖定帶寬由Δflock表示。
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吳澍民博士，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。該研究工作得到了科技創新2030重大項目(2023ZD031000)、國家自然科學基金項目(62235019, 62035005, 62105351, 62275258, 和62305364)、中國科學院“從0到1”原始創新項目(ZDBS-LY-JSC009)、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃(YSBR-069)等支持。
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