近日，上海大学通信与信息工程学院郭海润教授团队在光学领域权威期刊《Laser & Photonics Reviews》（影响因子10，中科院一区Top期刊）上发表题为“Accessing Soliton Microcombs With Pump Phase Modulation Switch”的研究论文。该研究工作对基于“泵浦相位调制开关”的片上微腔孤子光频梳生成过程展开了深度探究，成功揭示了调制边带在微腔中的非线性传递机制，以及调制开关所引发的功率自恢复与热补偿机制。团队在光通信C波段和O波段，借助泵浦调制开关，成功生成了具备高射频纯度的微腔耗散克尔孤子，提升了孤子光频梳的可靠性与应用前景。通信学院博士生史志明为论文第一作者，郭海润教授为通讯作者。上海大学特种光纤与光接入网重点实验室为论文第一完成单位。
图1：基于泵浦相位调制开关产生孤子微梳的原理与实验装置。(a) 物理机制示意图：通
过相位调制开启（PM on）引入边带加热并拓宽孤子台阶，在调制关闭（PM off）瞬间，
边带能量回流至载波，通过功率恢复机制维持热平衡。(b) 实验装置图。(c-d)模拟展示了
调制关闭前后的孤子台阶长度变化。 (e-f) 实验获得的C波段和O波段高纯度单孤子光谱。
微腔孤子光频梳（Soliton Microcomb）作为实现全集成、高性能光学频率梳光源的关键技术路径，在超大容量光通信、激光雷达（LiDAR）等领域展现出巨大的应用潜力。实现这类光频梳的核心在于微腔中耗散克尔孤子的生成。然而，由于微腔中克尔非线性与热光非线性相互竞争，稳定可靠的孤子态生成始终面临挑战，尤其是腔内功率波动引发的热失衡，极易导致孤子态消逝。
针对这一问题，团队深入研究了泵浦调制开关过程对微腔孤子光频梳的调控作用。一方面，运用泵浦调制边带能够对微腔系统形成光热辅助，维持热平衡，有效提高孤子态的生成概率。更为关键的是，当泵浦调制关闭后，边带能量回流至载波，能够形成泵浦功率的“自恢复”效应，有效拓展孤子态的存在范围，确保孤子状态在开关过程中不会因热失衡而消逝。此方案既能稳定可靠地实现孤子光频梳的生成，又能避免调制信号对光频梳形成射频扰动，是一种可靠且有效的技术方案。
运用此方案，团队在光通信C波段（1550-nm）和O波段（1310-nm），于光子集成超高品质因子氮化硅微腔芯片中（Q0 >107），均稳定实现了微腔孤子光频梳的产生，其在射频域呈现出完美的宽带低噪声特性，预期能够在长距里相干光通信，光学数据中心等场景中实现应用。
此外，团队还验证了泵浦调制在微腔中的非线性传递机制。经过传递，光频梳的调制边带能够与微腔谐振模式发生耦合，形成局部光谱增强。这一光谱现象也直接体现了泵浦调制对微腔孤子状态的调控作用。
本项研究不仅为开发实用化、低噪声的片上孤子光频梳提供了有效的技术路径，提升了其应用潜力，还凸显了基于非线性动力学实现集成光子系统简洁高效运行的技术优势。
本项工作得到了国家科技重大专项（2023ZD0301500）、国家重点研发计划（2020YFA0309400, 2024YFA1409300）、国家自然科学基金（11974234, 12374313）、深圳市科技计划（RCJC20231211090042078）及上海市科委科技项目（25JD1405000）的支持。深圳国际量子研究院刘骏秋团队作为重要合作单位参与了本项研究。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202502768
