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物理学院胡耀文、龚旗煌团队首次观测强耦合电光频率梳，开辟微波直接编程的片上光梳新方向

北京大学

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2026年3月12日，北京大学物理学院现代光学研究所胡耀文研究员、龚旗煌教授团队与哈佛大学Marko Loncar教授团队合作，在国际学术期刊《自然·物理学》（Nature Physics）上在线发表一项以《强耦合电光频率梳：通用动力学与可编程微波调控》（“Universal dynamics and microwave control of programmable resonant electro-optic frequency combs”）为题的突破性研究成果。该研究依托薄膜铌酸锂（TFLN）平台，国际首次实验观测强耦合电光频率梳，完整揭示其普适动力学，并实现微波驱动片上可编程的光频梳调控，标志着谐振型电光频率梳从“固定功能光源”迈向“全可编程光子平台”新时代。

基于电光效应的频率梳是精密计量、光谱学、光子互连与量子计算中的重要光源。谐振型电光频率梳通过把微波调制引入光学微腔，从而在离散腔模之间建立可控耦合。这使得谐振型电光频率梳能够借助腔内场增强效应来高效地产生一系列等间距的新频率分量，进而具有结构紧凑、工作稳定、易于操控等优势。长期以来，人们对这类器件的理解主要建立在“最近邻耦合”图像之上：当微波频率与微腔自由光谱范围（FSR）匹配、调制较弱时，频谱输出通常表现为两侧近似指数衰减的频谱，在时域上对应双脉冲态。此次工作首次在实验上实现了强耦合电光频率梳的直接观测，并借助薄膜铌酸锂平台对调制深度和光学失谐进行了高自由度调控，揭示了谐振电光频率梳完整的非线性态空间。值得一提的是，团队此前也曾在国际上首次理论预测了强耦合电光频率梳的存在[Light Sci Appl 14，373(2025)]。

图1 谐振型电光频率梳的通用动力学和可编程微波调控

随着调制进入强耦合区间，单音微波不再只在相邻模式间逐级传递能量，而是在多个腔模之间同时打开并行耦合通道，形成更复杂的频域连通网络，使原本平滑下降的指数包络转变为带有周期性振荡的频梳包络；与之对应，腔内波形也从传统双脉冲态演化为四脉冲、六脉冲乃至更复杂的多脉冲态。

图2 强耦合电光梳多脉冲态与频谱振荡结构

引入多音微波驱动后，谐振电光梳进一步展现出其可编程能力：通过改变微波频率与FSR的倍频关系，同一TFLN谐振腔即可输出梳齿间隔不同的宽带频率梳，实现重复频率灵活调节；在总微波功率不变的情况下，多音驱动还能显著改善梳带宽与光谱形状，通过引入失谐构造“频率边界”，团队实现了100余个模式的谐振平顶电光梳，并将对光学腔品质因子的要求降低了8倍。这表明，电子驱动本身也可以成为高自由度的频谱整形工具，使谐振电光系统由固定功能器件迈向可重构、可编程的片上光子平台，在通信、计量、微波光子学与任意波形生成等方向展现出广阔应用前景。