南京大学「国家优青」姜校顺Science子刊 | Kerr孤子微梳与声子激光同步锁定!

腔光力学与耗散Kerr孤子微梳是近年来非线性光子学与微腔光子学中两个重要且并行发展的研究领域。腔光力学通过光学模式与机械自由度之间的耦合，在量子传感、精密测量、低频信号生成等方面展现出重要潜力；而Kerr孤子微梳则利用光学微谐振器中的克尔非线性与色散平衡，产生频域梳状光谱，广泛应用于光通信、光谱学与光频梳技术。

尽管两者在理论与实验上均取得显著进展，但其在同一个微谐振器中的相互作用与同步现象此前尚未被实验观测到，实现二者的协同调控一直是该交叉领域的挑战之一。

图1 Kerr孤子微梳与声子激光器锁定的实验示意图与系统基本特性

南京大学姜校顺团队在同一个微环谐振器中首次实验观测到Kerr孤子微梳与光机械振荡的相互锁定现象。通过基于布里渊-克尔微梳系统产生一种新型呼吸孤子，其呼吸频率可通过泵浦激光频率调节。当呼吸频率接近微腔机械模式的固有频率时，呼吸孤子与激发的机械振荡突然进入同步锁定状态。

该锁定状态可在较宽的泵浦频率范围内保持，并显著降低呼吸孤子的相位噪声，提升其长期稳定性。这一结果为微腔光梳与腔光力学系统的集成提供了新途径，有望用于低噪声信号生成、高分辨双微梳等应用。

图2 呼吸孤子与声子激光锁定后的特性

该项工作成功在微环谐振器中实现了Kerr呼吸孤子与窄线宽声子激光的相互锁定。该锁定态通过一种新型呼吸孤子实现，其形成与孤子和背景光之间的能量交换密切相关。

呼吸频率可通过泵浦失谐大范围调谐，当其接近机械频率时，孤子与机械振荡同步锁定，显著提升系统稳定性。除了可用于提升双微梳分辨率等应用外，该实验也标志着腔光力学与Kerr孤子微梳两个重要领域实现有意义的融合，为探索呼吸孤子的次谐频锁定、脉冲光力学及机械孤子等新物理现象奠定了基础。

Xinxin Li et al., Observation of Kerr soliton microcomb locked with a phonon laser. Sci. Adv.12, eaeb3400(2026). DOI:10.1126/sciadv.aeb3400

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