近日，新葡的京集团35222vip陈世华教授和倪振华教授团队，联合紫金山实验室以及意大利布雷西亚大学、费拉拉大学等合作机构，在微腔光频梳研究中取得重要进展。相关成果以“Ultraflat Soliton Microcombs in Driven Quadratic-Kerr Nonlinear Microresonators”（驱动型二次-克尔非线性微腔中的超平坦孤子微梳）为题，发表于国际权威期刊《物理评论快报》上[Phys. Rev. Lett.135, 113801 (2025)]。该研究针对光频梳领域中长期存在的功率波动难题，提出了一种新型光频梳生成机制，首次预言在混合非线性微腔中可实现近乎零起伏的宽带超平坦光谱（见图1），为发展高性能集成光频梳提供了新思路。
图1.数值仿真宽色散区间的超平坦光频梳产生
光频梳是一种相干光源，其输出光谱由一系列在频域上严格等间距分布的离散谱线组成，这些谱线构成了精密的频率基准，因此被誉为“光学频率尺”。凭借其卓越的频率稳定性和相干性，光频梳在精密测量、高速通信和天文光谱校准等领域具有重要应用。传统基于克尔效应的微腔光频梳（简称“微梳”）具有结构紧凑、重复频率高等优点，但普遍存在转换效率低、泵浦背景强、边带功率衰减快等瓶颈。近年来，科研界先后提出了platicon（普拉蒂康）光梳和混合克尔-电光调制光梳等改进方案，但其性能仍依赖于复杂的色散调控或外置调制器件，在一定程度上限制了其集成化和实用化进程。
针对上述挑战，研究团队创新性地融合了二次非线性与克尔非线性的协同效应，通过巧妙匹配基频波（反常色散）与二次谐波（正常色散）的群速度色散，在微腔内激发对称型色散波，从而在无需外部调制或高阶色散工程的情况下，于二次谐波段实现超平坦孤子微梳的产生。数值模拟结果表明，该光梳在数百条梳线范围内功率波动接近0 dB，且可通过调节谐波与基频波的损耗比进一步优化平坦度。该机制在时域上形成具有长波纹翼的亮孤子结构，而在频域上则表现为超平坦光谱，这与传统平顶孤子和“蝙蝠翼”光谱形成鲜明对比。
本研究提出的“纯群速度色散调控”方案，显著降低了光频梳系统的复杂度与功耗，为发展高性能、全集成光频梳提供了新路径。该技术在未来高容量光通信、激光雷达（LiDAR）、精密光谱学与计量学等领域具备重要的应用潜力。值得注意的是，该方案与铌酸锂、氮化铝等成熟光子材料平台兼容，实验实现路径清晰。后续的实验验证与系统集成将是推动其走向实际应用的关键。
此外，研究团队还在该工作中发现了新颖的暗-亮孤子与亮-亮孤子分子结构（见图2），拓展了微腔中多孤子态的可控生成与动力学研究范畴，为新型光场调控和高鲁棒性孤子微梳的产生提供了新可能。
图2.混合非线性微腔中的暗-亮孤子和亮-亮孤子分子
新葡的京集团35222vip为论文第一完成单位，博士生武港洲为第一作者，陈世华教授、倪振华教授与意大利布雷西亚大学Fabio Baronio教授、费拉拉大学Stefano Trillo教授担任通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金、江苏省前沿技术研发计划、国家重点研发计划以及硅及先进半导体材料全国重点实验室的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1103/cf1p-k6v6