新型光频梳仪器助力高精度测量！

【研究背景】

光学频率梳（Optical Frequency Comb, OFC）是一种在频率和时间测量中至关重要的工具，广泛应用于光钟、光学频率合成、时间传输以及超低噪声微波生成等领域。近年来，耗散Kerr孤子（Dissipative Kerr Soliton, DKS）微梳的出现，使得在芯片上实现高质量的光学频率梳成为可能。这类微梳依赖于Kerr非线性效应，通过连续波泵浦激发，生成周期性脉冲序列。然而，当前的微梳系统在重复频率的控制与稳定性方面面临诸多挑战，特别是在锁定多个梳齿时，其技术要求因应用而异。

近期，来自美国国家标准与技术研究院NIST/马里兰大学Grégory Moille，Kartik Srinivasan研究团队揭示了Kerr诱导同步（Kerr-Induced Synchronization, KIS）在光学频率梳中的重要性和应用潜力。该团队设计了一种新的KIS方法，通过在微谐振腔中多重泵浦，成功地实现了具有主梳和辅助梳的多色DKS。这一创新方法利用了辅助梳生成的合成色散波（Synthetic Dispersive Wave, SDW），能够在任意模式上实现高效的同步。

研究表明，交叉相位调制（Cross-Phase Modulation, XPM）使得主梳和辅助梳以相同的群速度传播，从而使得辅助梳的重复频率通过KIS自动控制DKS微梳。这种多色KIS现象在理论和实验上均得到了验证，研究人员成功调节了孤子微梳的重复频率，实现了与主泵噪声特性无关的光频率分割。这一成果不仅简化了光钟的设计，还为未来多种光频率梳的应用提供了新的技术路径。

【仪器解读】

本文通过Kerr诱导同步（KIS）原理，具体来说，通过在微谐振腔中多重激励实现了多色Kerr孤子频率梳的生成，进而首次研发了一种新型的微型光频梳仪器。这种仪器能够有效地表征和控制孤子微梳的重复频率，并揭示了其与辅助光梳之间的相互作用机制。

本文针对KIS在光频梳应用中的挑战，通过对光梳信号的频率和功率特性的分析，得到了高效同步的条件与机制，进而挖掘了在微谐振腔中实现多色同步的新方法。通过引入辅助光梳，研究团队展示了如何利用交叉相位调制（XPM）效应，使得辅助光梳和孤子光梳能够以相同的重复频率进行运行，这一发现为实现更高效的光频分频提供了理论基础。

在此基础上，通过对该新型仪器的表征手段和发现，着重研究了KIS对光梳重复频率的调控能力，以及其在不同波长下的表现。实验结果显示，辅助光梳的引入不仅提高了同步的效率，还使得重复频率调控独立于主泵的噪声特性，为光频梳在精密测量和时间传输等领域的应用提供了新的可能性。这项研究推动了光频梳技术的发展，并为未来在集成光学和微纳米技术中的应用奠定了坚实的基础。

多色克尔诱导同步Kerr-induced synchronization，KIS概念

参考文献：Moille, G., Shandilya, P., Niang, A. et al. Versatile optical frequency division with Kerr-induced synchronization at tunable microcomb synthetic dispersive waves. Nat. Photon. (2024). https://doi.org/10.1038/s41566-024-01540-w