编者按：近日，上海光机所、华东师范大学与华南理工大学联合，在可见光波段的片上集成窄线宽激光器研究中取得重要进展。团队在高品质因子薄膜铌酸锂微盘腔中实现了通信波段（1560 nm）与可见光波段（780 nm）双色布里渊微激光，相关成果发表于国际权威期刊《Nature Communications》。在该研究中，我院微纳光学与精准检测研究室研发的iFN5000激光相位噪声分析仪为核心激光器的频率噪声与线宽表征提供了高精度测试的关键支持，为可见光波段片上窄线宽光源的实现奠定了坚实的技术基础，充分展现了我院在激光噪声分析与光电测试领域的技术实力与仪器支撑能力。

研究概述：双色窄线宽布里渊微激光器实现

上海光机所、华东师范大学、华南理工大学联合团队在高品质因子薄膜铌酸锂（TFLN）微盘腔实现了在通信波段（1560 nm）和可见光波段（780 nm）的双色布里渊微激光的成功研发。使用iFN5000激光相位噪声分析仪（1560和780波段）对激光器的频率噪声和线宽进行表征，论文在线发表于Nature Communications。

通过色散工程，该团队设计并制备了一个直径约117 µm、厚度约800 nm的悬浮式TFLN微盘谐振器。该微盘具有超高光学Q值（在通信波段达4.0×10⁶，在二次谐波波段达1.35×10⁶）支持强烈的光子-声子相互作用和高的二阶非线性。该微盘同时满足背向斯托克斯受激布里渊激射（涉及横磁场模泵浦和横电场模斯托克斯模式）及其倍频（SHG）过程的相位匹配和能量守恒条件，从而实现了双波长（通信波段和可见光波段）窄线宽激光输出。

图 1 布里渊二次谐波微盘激光器生成装置示意图。PC：偏振控制器；VOA：可变光衰减器；SMF：单模光纤；CCD：电荷耦合器件；OSA：光谱分析仪；PD：光电探测器；ESA：电学频谱分析仪；PNA：相位噪声分析仪。插图（左中）为微盘在光学显微镜下的图像。插图（底部）为微盘边缘的背向布里渊倍频激光（BQL）信号散射的功率测量与偏振分析。 WGP：线栅偏振片

实验中利用连续波可调谐激光器（1559.632 nm）作为泵浦，通过锥形光纤耦合到微盘中。当泵浦功率超过阈值（1.81 mW）时，在微盘内同时激发了两个级联非线性过程：受激布里渊过程和二次谐波过程。受激布里渊过程中，通过受激布里渊散射（SBS）产生了波长为1559.718 nm激光，与泵浦光频率偏移约10.17 GHz。二次谐波过程，上述SBL信号通过二阶非线性效应产生倍频光，波长为779.859 nm。

图 2(a) 受激布里渊激光的光谱图；(b) 布里渊激光输出功率随片上泵浦功率的演化；(c)布里渊激光的频率噪声谱，显示瞬时线宽仅为 254 Hz；(d) 布里渊倍频激光的光谱，其本征线宽为864 Hz。

其中，布里渊激光的本征线宽为254 Hz（通过iFN5000测得），阈值低至1.81 mW，创下了该平台的阈值纪录；布里渊倍频激光的本征线宽为864 Hz,该线宽由该信号与窄线宽参考光拍频测得（其中，窄线宽参考光的本征线宽约9 Hz，通过iFN5000测得），倍频效率达到3.6%/mW。该结果在原理上提供了一条实现可见光波段窄线宽片上集成光源的可行道路。

iFN5000在激光性能表征中的关键作用

研究中，该团队使用iFN5000激光相位噪声分析仪对布里渊激光进行了高精度频率噪声与线宽测试，布里渊激光线宽低至254 Hz，显示出优秀的光谱纯度和低相位噪声特性；这些测试数据不仅证实了该激光器在集成化、窄线宽方面的优越性能，还为后续其在量子信息处理、精密测量等领域的应用提供可靠的光谱纯度保障。

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