Frequency comb stability, bistability, and self-starting in normal dispersion microresonators
US Army Research Laboratory（美国陆军研究实验室）
本研究考察正常色散微谐振器中platicon的稳定性，揭示其稳定区域、高功率双稳态指状区，发现platicon可在稳定与调制不稳定区域重叠处自启动。
2026-10-19 physics.optics
Spontaneous microwave platicon frequency microcomb in dispersion-managed microresonators
在连续激光驱动的微谐振腔中，时间稳定的光脉冲因其独特的特性和广泛的应用而受到人们的关注。在这里，我们报告的锁模格子频率微梳形成正常色散管理微谐振器工作在微波K波段重复率的观察。通过避免模式交叉引起的热可控调制背景促进，由于非平凡脉冲间和背景电磁场相互作用产生的排斥力和吸引力之间的额外平衡，稳定地产生具有规则和不规则时间间隔的各种格子束缚态图案。锁模脉冲的数量可以通过前向和后向腔泵浦失谐来切换，并且随着泵浦功率的增加，导致稳定的束缚态复合物。这些实验观测结果与我们的非线性数值模拟结果一致，其中包括避免模式交叉，异常四阶色散和质量因子光谱滤波。观察到的格子锁模脉冲具有宽的光谱轮廓，与凯利边带类参量振荡重叠。研究了微梳重复频率的单边带相位噪声在不同锁模状态下的特性，并与电子微波振荡器进行了比较。在色散管理微谐振器中实现锁模的能力提供了一个平台，以减少脉冲定时抖动并丰富对微谐振器中超快现象的探索。
2022-10-20 physics.app-ph physics.optics
Fragmentation of Stability Domains of Dark Solitons and Dark Breathers and Drifting Solitons at High Pump Intensities in Normal Dispersion Kerr Microresonators
本研究基于Lugiato-Lefever模型，探究正常色散高Q克尔微腔中暗孤子与暗呼吸子的稳定域，发现高泵浦强度下稳定域会显著碎裂，且泵浦振幅超阈值时存在稳定漂移暗孤子并分析其特性。
2024-03-11 nlin.PS physics.optics
Platicon microcomb generation using laser self-injection locking
在过去的十年中，基于微谐振器的频率梳（微梳）的发展取得了重大进展，所述频率梳是在毫米波到微波域中具有重复率的宽带光学频率梳。集成微梳可以使用晶圆级工艺制造，并已应用于许多应用中。这些进展大多是基于在具有反常群速度色散（GVD）的光学微谐振腔中利用耗散克尔孤子（DKS）。然而，微梳也可以使用被称为“暗脉冲”、“开关波”或“格子”的耗散局部化结构用正常GVD生成。重要的是，由于大多数材料具有固有的正常GVD，色散工程的要求是显着放松的Platicon生成。因此，虽然DKS微梳需要特定的设计和制造工艺，但可以使用标准CMOS兼容平台（例如薄膜（即，通常低于300 nm）Si3N4）容易地构建塑料微梳。然而，激光自注入锁定，最近已被用来创建高度紧凑的集成DKS微梳模块尚未被证明为platicons。在这里，我们报告的第一个完全集成的Platicon微梳工作在微波K波段重复率。使用激光自注入锁定的DFB激光器的边缘耦合到Si3N4微谐振器，platicons电启动和稳定地保持，使紧凑的微梳模块，而无需任何复杂的控制。我们进一步描述了Platicon重复频率和泵浦光的相位噪声。自注入锁定platicons的观察有利于未来广泛采用的微梳作为内置块在标准的光子集成架构通过商业代工服务。
2021-07-26 physics.optics
Collective Topological Dark Solitons, Platicons, and Bright-Like Solitons in Normal Dispersion Optical Frequency Combs
Northeastern University（东北大学）；Institute for NanoSystems Innovation, Northeastern University（东北大学纳米系统创新研究所）
该研究利用二维克尔谐振器晶格的拓扑边缘态，无需辅助机制即可在正常色散 regime 中产生集体暗孤子、平孤子及类亮孤子态，拓展了集成光频梳的应用平台。
2026-08-26 nlin.PS physics.optics
Thermally Controlled Comb Generation and Soliton Modelocking in Microresonators
我们报告的第一个演示的热控制孤子锁模频率梳产生的微谐振器。通过控制电流通过加热器集成氮化硅微谐振器，我们展示了一个系统的和可重复的路径，单和多孤子锁模状态，而无需调整泵浦激光波长。这种方法可以大大简化锁模频率梳的生成，并促进诸如基于芯片的双梳光谱的应用。
2016-04-21 physics.optics
All Optical Stabilization of a Soliton Frequency Comb in a Crystalline Microresonator
基于微谐振器的光学频率梳（MFC）在扩展光学频率梳的能力方面已展示出前景。在这里，我们证明了所有的光学稳定的低噪声时间孤子基于MFC在晶体谐振器通过一种新的技术来控制重复率。这是通过用耦合到辅助光学谐振器模式的附加探测激光器热加热微谐振器来实现的。通过将泵浦激光频率稳定到参考光学频率梳来控制偏移频率。我们通过执行环路外比较来分析稳定性，并测量重叠的Allan偏差。这种全光学稳定技术可以证明是有用的，作为一个低附加噪声驱动器的自参考微谐振器频率梳。
2015-08-06 physics.optics
Bringing short-lived dissipative Kerr soliton states in microresonators into a steady state
最近在光学微谐振器中产生了耗散克尔孤子，使微波重复率下的超短光脉冲成为可能，构成了相干和数值可预测的克尔频率梳。然而，时间孤子的播种和激发与腔内功率的变化相关联，这可能导致在激发过程期间的大的热共振位移，并使最常用的谐振器平台中的孤子状态短暂。在这里，我们描述了一种“功率踢”的方法来克服这种不稳定性，通过调制泵浦激光的功率。快速调制触发孤子形成，而功率的缓慢调节补偿激发激光扫描期间的热效应。使用这种方法，最初也非常短的寿命（100 ns）的孤子状态，遇到的SiN集成的光子微谐振器，可以被带入一个稳定的状态相比，早期报道的技术，依赖于调整的激光扫描速度只。一旦孤立子状态处于稳定状态，它可以持续数小时，并且是热自锁的。
2016-07-25 physics.optics
Versatile tuning of Kerr soliton microcombs in crystalline microresonators
基于微谐振器的光学频率梳从高品质因数微谐振器发射，也称为微梳，已经为光学频率梳技术领域开辟了新的视野，包括频率计量、精密传感和光通信。为了扩展微梳在此类应用中的能力，大而可靠的可调性至关重要。在这里，我们展示了宽光谱调谐克尔孤子微梳在一个热控制的晶体微谐振器与泵失谐稳定。构成频率梳的基本元件，即中心频率、重复频率和载波包络偏移频率，分别通过高达-48.8 GHz、-5.85 MHz和-386 MHz进行频谱调谐，从而利用超高Q晶体氟化镁谐振器中的热效应。我们进一步证明了一个3.4倍的增强孤子梳功率产生的热膨胀与温度变化只有28 K通过采用定量分析的光纤到谐振器的耦合效率。
2023-03-02 physics.app-ph physics.optics
Thermal decoherence and laser cooling of Kerr microresonator solitons
热噪声在微观系统和高精度测量中普遍存在。控制热噪声，特别是使用激光来应用耗散，在揭示气体的量子机制、寻找基础物理和实现实际应用方面对科学产生了重大影响。最近，微谐振器中的非线性光-物质相互作用开辟了新的微观器件类别。一个关键的例子是克尔微谐振器频率梳;所谓的孤子微梳不仅探索非线性科学，而且还实现了集成光子器件，如光学合成器，光学时钟和数据通信系统。在这里，我们探讨了热噪声如何导致孤子微梳的基本退相干。我们证明了类粒子孤子与硅基谐振腔处于热平衡状态。因此，孤子微梳的模式线宽被热展宽。我们的实验利用记录灵敏度载波包络偏移频率检测，以揭示这种制度的强热噪声相关性。此外，我们还发现，被动激光冷却的孤子减少热退相干到远低于环境温度的限制。我们利用微谐振腔光热强迫实现了激光冷却，并观察到频率梳光的有效冷却温度为84 K。我们的工作阐明了非线性光子学，微观物理波动和精密计量之间的内在联系，这些联系可以用于创新的设备和方法来操纵光。
2019-03-01 physics.optics
Programmable access to microresonator solitons with modulational sideband heating
本研究提出基于相位调制泵浦的蓝失谐边带与载波协同热稳定方法，解决集成微谐振器光热效应阻碍孤子生成的问题，实现19.97 GHz确定性孤子生成及近100%成功率、最短10秒的可编程N孤子态自动寻址，推动多领域应用。
2023-09-07 physics.optics
Detuning-dependent Properties and Dispersion-induced Instabilities of Temporal Dissipative Kerr Solitons in Optical Microresonators
时间耗散克尔孤子是在非线性光学谐振腔中产生的自局域光脉冲。它们在微谐振器中的实现使得紧凑的相干光学频率梳源以及耗散孤子的研究成为可能。其动力学的一个关键参数是有效的失谐的泵激光器的热和克尔位移腔共振。与自由光谱范围和色散一起，它决定了孤子脉冲的持续时间，正如Lugiato-Lefever方程的近似解析解所预测的那样。然而，到目前为止，这种关系缺乏精确的实验验证。在这里，通过测量和控制有效失谐，我们建立了一种新的方法来稳定微谐振器中的孤子，并证明了孤子宽度和失谐量之间的关系的测量偏差小于1%的近似表达式，验证了其良好的预测能力。此外，一个失谐相关的增强特定的梳状线被揭示，由于模族之间的线性耦合。它们导致偏离预测的梳状功率的演变，并诱导失谐依赖的孤子反冲，修改脉冲重复率，解释其意想不到的依赖于激光失谐。最后，我们观察到，失谐依赖的模式交叉可以不稳定的孤子，导致一个不可预测的孤子呼吸制度（振荡的脉冲），发生在一个正常的稳定制度。我们的结果测试的近似解析解具有前所未有的精度，并提供了新的见解耗散孤子动力学。
2018-11-28 physics.optics
Fine structure of second-harmonic resonances in χ^{(2)} optical microresonators
由于回音壁谐振器（WGR）的离散频谱，在二次谐波产生（SHG）的情况下，通常不能同时满足相互作用波的谐振和相位匹配条件。为了解释这一点，我们开发了一个模型，描述在泵浦和二次谐波频率的非零频率失谐的WGR中的SHG。我们的模型预测在这两个频率的类似线宽的泵浦和二次谐波共振的线形的强烈扭曲，在二次谐波频率的大得多的线宽，这种行为是不存在的。此外，它描述了作为失谐的函数的SHG效率。在实验上，人们可以改变WGR本征频率，从而通过多种手段，例如电光和热，改变泵浦波和二次谐波之间的相对失谐。使用锂离子电池WGR，我们表现出一个很好的定量协议的SHG效率之间的实验结果和模型。此外，我们显示的预测失真的泵和二次谐波共振是不存在的锂碳酸盐WGR，但存在于磷化镉硅WGR，预期从所涉及的共振的线宽。
2021-03-08 physics.optics
Kerr Soliton Generation in Ultra-Compact Photonic Devices
Columbia University（哥伦比亚大学）；Stanford University（斯坦福大学）
本文在紧凑螺旋微谐振器中实现了确定性和高稳定的克尔孤子梳，间距低至16 GHz，并通过快速反馈回路克服热不稳定性，实现孤子态的稳定和控制。
2026-06-17 physics.app-ph physics.optics
Stably accessing octave-spanning microresonator frequency combs in the soliton regime
微谐振器频率梳可以是在小尺寸、重量和功率架构中的光学频率合成和计时的使能技术。这样的系统需要在低噪声、相位相干状态（诸如孤子）中的梳状操作，具有宽的光谱带宽（例如，倍频程跨度）用于自参考以检测载波包络偏移频率。然而，热光色散使稳定获得这种状态变得复杂。例如，在Si 3 N4平台中，精确的色散工程结构可以支持宽带操作，但是微秒热时间常数需要快速泵浦功率或频率控制来稳定孤子。相反，在这里，我们考虑如何宽带孤子状态可以访问简单的泵浦激光频率调谐，在一个比热动力学慢得多的速度。我们展示了Si 3 N4微谐振器中的跨倍频程孤立子频率梳，包括在泵浦功率接近40 mW的情况下产生多孤立子态和在泵浦功率接近120 mW的情况下产生单孤立子态。我们还开发了一个简化的两步分析来解释如何在没有快速控制泵浦激光的情况下以热稳定的方式访问这些状态，并概述了这种操作所需的热特性。我们的模型与实验结果以及数值模拟的基础上Lugiato-Lefever方程，结合热光色散。此外，它还解释了实验观察到的一个成员的相邻模式家庭的红色失谐侧的泵浦模式可以减轻访问孤子状态的热要求。
2016-11-28 physics.optics
Thermally accessible broadband soliton microcombs in silicon carbide enabled by dynamic polarization control
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；University of Maryland（马里兰大学）
本文提出基于动态极化控制的热补偿方案，通过极化旋转和泵浦调谐将冷却功率转移至梳生成模式，实现高效单溶iton操作，实验展示出450nm宽带108-GHz-FSR微梳，提升20-dB带宽和梳功率。
2026-04-28 physics.optics
Integrated soliton microcombs beyond the turnkey limit
本研究通过引入热可调辅助谐振器，实现了超越即插即用极限的集成孤子微梳，扩展了其频谱范围和可控性。
2025-11-22 physics.optics
