上海微系统所在太赫兹半导体激光器光注入锁定方面取得进展

　　近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所黎华研究员团队在太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL)光注入锁定领域取得重要进展。该研究提出了一种THz单模QCL与光频梳QCL之间的光学互注入(MOI)锁定方案，在无需外部锁定硬件(如锁相环、微波注入装置)的条件下，仅通过光学耦合即可实现频率同步。实验结果表明，当调节两个QCL之间的频率失谐时，可以清晰观察到MOI锁定现象，且在不同的主从激光配置上表现出明显的不对称性：当单模QCL作为主激光器时，光频梳受到扰动，如重复频率偏移、线宽展宽及锁定，最大锁定带宽约为30 MHz；而当光频梳QCL作为主激光器时，不稳定区域被抑制，锁定带宽显著扩展至94 MHz。在锁定范围内，重复频率的相位噪声和阿伦方差显著改善，表明光频梳的稳定性提高。这一紧凑的MOI锁定方案为芯片级THz光频梳的稳定、光频分应用奠定了基础。该成果于2026年3月10日以“Mutual optical injection locking dynamics between a terahertz single-mode laser and a frequency comb laser”为题在线发表在《APL Photonics》期刊，并被遴选为Featured Article。
 

　　研究团队率先在实验上实现了THz波段单模QCL与光频梳QCL的光学互注入锁定。两个QCL 来自同一晶圆，通过面对面安装在 Y 型冷指上实现双向光学耦合。实验中，单模 QCL 与光频梳 QCL 的状态通过调节电流偏置得到，可以控制两台激光器的频率差，实现从未锁定状态至锁定状态的改变。未锁定状态下，两个QCL之间弱耦合，单模 QCL与光频梳的梳齿发生拍频，产生一系列射频信号(fbn)。MOI 锁定状态表示单模 QCL 与最靠近光频梳的梳齿对齐，fbn信号消失，仅保留稳定的模间拍频信号(frep及其谐波)，锁定带宽由Δflock表示。
 

　　论文第一作者为中国科学院上海微系统与信息技术研究所吴澍民博士，通讯作者为中国科学院上海微系统与信息技术研究所黎华研究员。该研究工作得到了科技创新2030重大项目(2023ZD031000)、国家自然科学基金项目(62235019, 62035005, 62105351, 62275258, 和62305364)、中国科学院“从0到1”原始创新项目(ZDBS-LY-JSC009)、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划(YSBR-069)等支持。