《SCIENCE ADVANCES》：High-efficiency and broadband Kerr comb generation in normal-dispersion x-cut lithium niobate microresonators
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为解决集成光子系统中微腔光频梳效率低、带宽受限及缺乏电光调控能力的问题，研究人员在X切薄膜铌酸锂（TFLN）平台开展了正常色散区克尔光频梳研究，实现了超50%的泵浦-梳转换效率、24 THz带宽及8 mW低阈值，为单片集成光通信与信号处理系统奠定基础。
在光子集成技术飞速发展的今天，光频梳（微梳）作为产生等间距频率线的光源，已成为波分复用通信、信号处理和成像等应用的核心器件。然而，现有微梳技术面临“鱼与熊掌不可兼得”的困境：在硅基等成熟平台上难以生成相干微梳，而铌酸锂等高效非线性材料又缺乏电光调控能力。更棘手的是，传统异常色散区微梳存在光谱不平坦、转换效率低等问题，而正常色散区微梳虽具优势，却因铌酸锂的强拉曼效应始终未能在X切薄膜铌酸锂（TFLN）平台实现。
这项发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究，通过创新性器件设计首次在X切TFLN微环中成功制备正常色散克尔光频梳。研究人员设计跑道型微环，利用晶体各向异性抑制拉曼增益，并引入非绝热锥形波导产生可控的模式交叉，最终实现102.4 GHz和25.7 GHz两种重复频率的微梳。实验测得泵浦-梳转换效率超50%、带宽达24 THz、阈值功率低至8 mW，且发现拉曼效应可协同产生超宽带“拉曼-克尔”双梳，颠覆了“强拉曼效应阻碍相干微梳”的传统认知。
关键技术方法包括：基于X切TFLN晶圆的微环光刻与反应离子刻蚀（侧壁角67°）、非绝热锥形波导设计调控模式交叉、高Q值（最高1500万）微环制备、连续激光泵浦与光谱/微波域相干性表征。
结果部分
器件设计：通过调控微环中寻常光（no）与异常光（ne）折射率比，将拉曼效应强度降至克尔效应的1/6，并利用锥形波导实现重复性模式交叉（AMX），为正常色散区调制不稳定性提供增益。
正常色散克尔光频梳：102.4 GHz微梳在1547 nm波段呈现类sinc函数光谱，时域为皮秒级脉冲，微波拍频信噪比达40 dB，且泵浦噪声在远离泵浦的梳线上显著抑制（最小线宽仅为泵浦的1/3）。
正常色散拉曼-克尔光频梳：25.7 GHz微梳在1592 nm波段出现双峰结构——主梳与1762 nm斯托克斯梳相互干涉，形成稳定“平顶脉冲+振荡”时域结构，证实拉曼效应可扩展带宽而非阻碍相干性。
讨论与结论
该研究首次证明X切TFLN正常色散区可同时实现高效率（54%）、宽带（24 THz）、低阈值（8 mW）克尔光频梳，并揭示拉曼效应可协同产生新型双梳态。其重要意义在于：1）为单片集成电光-克尔系统提供核心光源；2）突破“强拉曼效应有害”的传统观点，开辟非线性动力学新研究方向；3）高Q值设计（1500万）使微梳可兼容标准化TFLN工艺，推动规模化应用。未来可进一步结合χ(2)非线性、布里渊效应等，实现多物理场协同的光子器件。
