2026年2月19日——哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的应用物理学家们开发出一种在光子芯片上生成超精密、等间距“光梳”激光的新方法，这一突破有望使光谱传感器和通信系统等光学平台实现微型化。

该研究由SEAS电子工程与应用物理学教授Marko Lončar领导，成果发表于《科学进展》期刊。论文第一作者为量子科学与工程专业研究生Yunxiang Song。

光学频率梳是一种激光源，其光谱像梳齿般均匀分布。作为光学领域的里程碑发明（2005年诺贝尔物理学奖主题），这种技术支撑着从原子钟到高速通信等诸多需要精密测量的现代科技。传统光纤激光频率梳虽稳定可靠，但常受限于体积和成本。

Lončar实验室通过将激光源缩小至微米级光子电路，在芯片级光学频率梳（微梳）研发领域处于前沿。这些微梳具有功耗更低、梳齿间距更大（适合承载高带宽数据）等优势。

该团队选用铌酸锂薄膜作为平台，这种晶体材料具有卓越的光调制特性。要实现功能性微梳，必须与电光调制器（通过电信号操控梳齿的器件）集成。将梳状波生成与调制功能无缝整合至单一芯片，是科学家长期追求的目标。

尽管铌酸锂能实现光信号的精确电控，但受限于材料晶体振动（拉曼效应）导致的光散射，此前难以在其上实现微梳。当用激光泵浦铌酸锂微谐振器时，拉曼效应往往占据主导，产生单一色光而非等距微梳。

在去年发表于《光学》期刊的研究中，Song与团队开发出新型旋转跑道式谐振器设计，可抑制铌酸锂的拉曼效应。通过采用特定晶圆取向（X切铌酸锂），他们首次在该平台上实现了孤子型微梳。

本次《科学进展》论文中，他们运用相同设计策略制造出另一种频率梳——常规色散克尔微梳，这是X切铌酸锂芯片上首次实现此类微梳。该技术能将大部分激光功率转化为间距匹配芯片级光通信的梳状光谱。

“这项工作证明，在具有强电光调制特性的铌酸锂薄膜平台上可以实现常规色散微梳，”Lončar表示，“这正是下一代微梳驱动光子系统所需的关键特性。”

团队还意外发现：虽然微谐振器设计旨在抑制拉曼效应，但残余散射反而与梳状波锁定耦合，形成了比原始微梳更宽频、更多功能的新型混合微梳。“这种利用而非受限于拉曼效应的宽频相干微梳，可能有助于覆盖传统难以生成梳状波的光谱范围，”Song解释道。

奥克兰大学合作者进行的理论建模证实，这种新型混合微梳确实具备全跨度相位相干性——这是所有频率梳必须满足的关键特性。该技术为难以覆盖的光谱波段提供了新解决方案，在特定波长气体化学光谱分析或中红外传感等领域具有应用潜力。

除具体应用外，该研究的核心价值在于确立了铌酸锂作为高效微梳与高速电光控制一体化芯片平台的独特优势。由于梳状波谐振器只是芯片表面毫米级环形结构，可与其他光子构件实现无缝集成。