近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）陆全勇团队与中国科学院半导体研究所刘峰奇、张锦川团队合作，在中红外微腔光频梳研究方面取得重要进展，首次提出并实现了一种工作在室温条件下的中红外定向辐射微腔量子级联激光器（QCL）光学频率梳，成功解决了传统环形微腔光源光提取效率低、定向发射能力差等难题，为中红外光频梳光谱学及亚太赫兹通信提供了一个极具前景的高性能单片集成平台。2026年5月26日，相关成果以“基于量子级联激光器的破缺型微腔光频梳”（Notched microcomb based on a quantum-cascade laser）为题，发表在《光学》（Optica）上。

研究团队巧妙地设计了一种新型微腔拓扑结构，该结构主要由一个离心率约1.2的椭圆环形谐振腔构成，并在其短轴与外边界的交汇处精细构筑了一个半椭圆形的“缺口”（Notch）作为散射点，如图1所示。

该器件展现出卓越的散热与横向限制。器件内部边界采用湿法刻蚀并重新填充Fe:InP衬底，提供了极佳的横向散热通道，使其能够在室温连续波模式下高效运行。外边界则通过感应耦合等离子体（ICP）干法刻蚀形成高品质因数的回音壁模式（WGM）。由于缺口破坏了对称性，部分光场在此处折射，借助椭圆腔固有的准直聚焦效应，可实现超窄定向辐射。实验结果表明，该器件在室温连续波模式下可稳定工作，输出波长约7.5 μm，阈值电流约0.71 A，最大输出功率达14.1 mW，水平远场发散角仅约1.2°，表现出优异的定向输出特性。

如图2所示，当驱动电流超过0.92 A时，器件开始进入自启动频率梳状态。实验测得的拍频信号中心频率约为32.4 GHz。在较宽电流范围内，拍频线宽始终保持在600 Hz以下，表明频率梳模式之间具有良好的相位锁定关系。更重要的是，这个微小的缺口可作为“背向散射点”，促使微腔内顺时针（CW）和逆时针（CCW）模式之间产生耦合，在适当得泵浦电平下能诱导并稳定腔内相干局域脉冲结构。

此外，配合基于立复金兹堡-朗道方程（CGLE）的数值模拟，研究团队在同一器件中成功观测到不同阶数的准孤子状态与高阶谐波光梳（HFCs）状态随驱动电流的变化。如图3所示，谐波梳频率间隔分别高达97 GHz（3-FSR）、162 GHz（5-FSR）和227 GHz（7-FSR）。这种可以在fundamental模式和harmonic模式共存的准谐波（Quasi-harmonic）独特性质，极大丰富了微腔内的非线性动力学研究。

该论文第一作者为量子院实习生、中国科学院半导体研究所博士生吴大鹏。该工作得到国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、北京市自然科学基金等项目的支持。