美国加州理工学院的科研团队开发了一种基于拓扑孤子的芯片级光学频率梳生成新方法。光学频率梳是一种能发射多个均匀间隔频率的光源，在光谱学、电信和天文研究等领域具有重要应用。这项研究成果发表于《自然》杂志，由电气工程和应用物理学教授Alireza Marandi领导完成。
与传统依赖庞大桌面激光源的频率梳不同，这项新技术利用集成强非线性光子芯片的电泵浦激光二极管作为频率梳源。Marandi表示：“我们的新方法开辟了完全不同的技术路径，有望规避其他片上频率梳方案面临的诸多挑战。”
该研究的关键在于利用了铌酸锂材料中的二次非线性效应。与常见的三次非线性相比，二次非线性更强，使得谐振器无需长时间捕获光就能实现非线性响应，降低了制造难度。团队开发的简并光学参量振荡器（DOPO）设备正是基于这一原理。
研究人员在实验中首次实现了时域拓扑孤子，即DOPO中的光场在+1和-1两种相位状态间周期性切换，形成持续约60飞秒的暗脉冲。这些脉冲对应宽频率梳，特别适用于中红外光谱区域。
博士后学者Nicolas Englebert指出：“借助DOPO，拓扑频率梳在输入光频率的一半处形成，这为从近红外激光器生成中红外频率梳提供了便利。”团队还通过电驱动激光二极管与DOPO芯片的直接耦合，演示了完全集成的频率梳源，产生了包含16个均匀间隔暗脉冲的孤子晶体状态。
Marandi总结道：“我们仍需深入理解这些拓扑孤子在DOPO中的形成机制，下一步将重点研究其行为特征并探索频率梳之外的应用潜力。”这项芯片级光学频率梳技术有望推动精密测量和通信设备的进一步发展。
出版详情：作者：California Institute of Technology；标题：《Topological solitons power a chip-scale frequency comb source》；发表于：《Nature》(2026)。
