集成非线性光子学。

光学频率梳让精密测量发生了革命性变化 —— 这一突破被2005 诺贝尔奖所认可 —— 因为它给出了一把极其稳定的、用来测量光频率的标尺。

传统的频率梳依赖庞大、复杂的飞秒激光系统。过去十年的努力,是把这种能力压缩到一块芯片上 —— 把上一个研究方向里讲到的拓扑晶格,和合适的非线性结合起来,让单色激光打进去,出来的是许多种颜色。

用单色激光泵浦晶格。出来的是一把梳齿 —— 许多颜色,同时存在。

晶格在做这件事。泵浦光在腔内循环,每个微环里的克尔非线性会把它耦合到邻近频率上,自下而上地堆叠成一把光学谱线的"梳齿"。

而真正有趣的地方在这里

仔细看那把梳子上的一根齿。放大它。你以为它在某一尺度上是一条单一的谱线 —— 但在更精细的分辨率下,它居然是另一把梳子。

这是嵌套式频率-相位匹配的核心:梳齿之中还有梳齿,同时存在于多个时间尺度上。粗梳定下节奏;每一根齿里面,更细的梳子紧随其后。两者都锁定在同一块芯片上,都保持相位相干。

为什么这件事重要

原则上,每一根梳齿都可以是一条可用的通道 —— 用于通信、用于传感、用于时钟。嵌套梳让同样面积的芯片提供多出数个数量级的通道,而匹配条件是由晶格几何提前设计好的,而不是制造之后费力调谐出来的。这是这项工作打开的一扇门,也是我近期大部分论文聚焦的地方。