来源：中国科学院上海微系统与信息技术研究所

    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与华东师范大学曾和平教授团队合作，在太赫兹（THz）三光梳光源领域取得重要研究进展。团队创新性地提出了一种紧凑型THz三光梳光源的实现方案，构建了由三个THz量子级联激光器（QCL）组成的三光梳系统，提升了信息获取能力与测量精度。研究团队采用片上集成的双光梳（Comb-1和Comb-2）与独立单光梳器件（Comb-3）相结合的三光梳架构（见图1a），在实现样品探测功能的同时，还提升了系统的热稳定性。通过自探测技术，可获得任意两组光频梳多外差混频产生的三光梳信号。该工作不仅为THz光谱学、精密测量等领域提供了高性能光源解决方案，同时也为THz多光梳技术的进一步发展奠定了重要基础。该成果于2025年7月29日以“Terahertz Tri-Comb Laser Sources”为题在线发表在国际著名期刊《Laser & Photonics Reviews》上。

    论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202501255

图1. THz三光梳系统示意图及有限元模拟仿真

    研究团队采用三维和二维有限元仿真方法，深入研究了三光梳间的耦合机制。三维模拟仿真显示，对于单面金属波导THz QCL光频梳来说，光场有很大部分存在于衬底中，因此 Comb-1和Comb-2通过衬底实现有效耦合（图1b和c）。针对Comb-1（或Comb-2）与Comb-3的耦合，由于器件纳米级尺寸与厘米级间距的尺度不匹配，研究团队采用二维有限元仿真证实其主要通过自由空间实现耦合（图1d和e）。实验结果表明，该系统可产生信噪比超过30 dB的稳定三光梳信号，具有11个梳齿模式。该THz三光梳系统展现了灵活的光谱获取能力：当Comb-3作为快速探测器时，可同步获取Dual-Comb 13和Dual-Comb 23射频谱（图2a）；而当Comb-2作为探测器时，则可获得Dual-Comb 12和Dual-Comb 23射频谱（图2b）。相位噪声谱分析证实了该系统具有良好的稳定性（图2c）。

图2. THz三光梳信号表征

    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博士研究生刘彬彬，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和华东师范大学曾和平教授。该研究工作得到了国家自然科学基金项目（62325509，62305364，62235019，61927813，62035005，61991430和62105351）、科技创新2030重大项目（2023ZD031000）、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。