近日，mg冰球突破通信与信息工程学院郭海润与牟成博团队合作在国际知名期刊《Laser & Photonics Reviews》（中科院一区TOP期刊，影响因子10.0）发表题为“Ultrafast Supercontinuum Generation in Silicon Nitride Waveguides With Noise Mitigation”的研究论文，在读博士研究生王开、李乾坤为共同第一作者，郭海润、牟成博为共同通讯作者。

图1氮化硅波导超连续耦合实验现象。

超连续谱技术，即通过非线性效应将单色激光转化为超宽带光谱的方法，被誉为光学领域的“白光激光”，它是频率计量、高精度光谱分析及光频梳的核心。然而，在现有的集成光子芯片上实现“高质量”的超连续谱一直是一个巨大的挑战。研究团队发现，虽然飞秒激光器与光子集成波导的结合展示了广阔前景，但传统的孤子裂变及高阶微扰效应往往会破坏光谱的连续性与相干性。长期以来，如何在集成平台上同时实现“自压缩、少周期脉冲”与“低噪声、高相干性”，一直难以两全。研究团队采用碳纳米管激光器与氮化硅芯片结合的方式攻克了这一难题：通过碳纳米管薄膜制作为可饱和吸收体的全保偏被动锁模光纤激光器，驱动集成在氮化硅平台上的光子芯片产生超连续。该方案通过优化种子激光器的结构，实现了更纯净的输入脉冲序列，经过精密色散工程的氮化硅波导，使其能够精确引导光脉冲演化，从而触发确定性的“自压缩”效应。

图2 片上超连续实验结构及结果。(a) 超连续实验结构，(b) 超连续展宽过程及仿真，(c) 超连续相干性测量结果，(d) 拍频实验结果，(e) 超连续前后脉冲压缩对比，(f) 超连续相位噪声测量结果。

研究团队发现产生的超连续谱可以从可见光持续到中红外波段，兼顾相干性与超宽实验结果令人振奋。该系统成功将光脉冲压缩至3个光学周期的极短极限，同时光谱带宽跨越了三个倍频程。更为关键的是，这种非线性演化展现出了极佳的相干性。通过共线自参考测量，研究团队验证了该系统产生了极其稳定的窄线宽光学频率梳，其相位噪声与相对强度噪声也得到了显著抑制。

该研究为实现覆盖可见光至中红外波段、兼具时域与频域相干性的光学频率梳提供了新思路。这一成果不仅推动了集成光子芯片向小型化、低功耗方向迈进，更为开发高性能便携式光谱仪、超高分辨率的显微镜及新一代光钟提供了关键技术支撑，显著增强了相关精密测量设备的探测灵敏度。

该工作得到量子科学技术创新计划（编号2023ZD0301500）、国家自然科学基金（项目编号62135007、61975107、12374313）、上海市自然科学基金（24ZR1422000）、国家重点研发计划（2020YFB1805800）、CPSF博士后奖学金计划（GZC20250549）、“111”工程（D20031）以及上海市科技项目（No. 25JD1405000）资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202502896