光學(xué)頻率梳是由大量等距光譜線組成的光波，它提供了高精度測(cè)量光頻率的可能性，對(duì)于計(jì)量、光譜學(xué)、通信以及基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展至關(guān)重要。其中，對(duì)應(yīng)于頻率梳的時(shí)間信號(hào)是由一系列規(guī)則的光脈沖組成，通常將其稱之為脈沖序列，這種脈沖持續(xù)時(shí)間極短，一般僅為10-15 s甚至更短。

而產(chǎn)生這種脈沖陣列的方法一般分為兩種：

第一種是由激光器產(chǎn)生，這種方法可以直接產(chǎn)生一個(gè)脈沖陣列，甚至可以直接產(chǎn)生一個(gè)高能量的脈沖陣列，但即使沒有外部干擾，兩個(gè)連續(xù)脈沖之間的延遲也較難統(tǒng)一。

第二種是由無源諧振器中激勵(lì)的腔孤子產(chǎn)生，其中無源諧振器可由光纖直接制成，當(dāng)在輸入端注入連續(xù)光束時(shí)，在輸出端可以產(chǎn)生無限傳播的脈沖，即腔孤子。這種方法產(chǎn)生的脈沖陣列周期固定，不會(huì)在兩個(gè)連續(xù)脈沖之間存在延遲的差別，但它的能量較低。

以上這兩種該方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和局限性，為了能將兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，產(chǎn)生高能量且超穩(wěn)定的脈沖陣列，布魯塞爾自由大學(xué)（ULB）OPERA光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室（ULB OPERA-Photonics Laboratory）的Nicolas Englebert等人提出了一種新型孤子，即有源腔孤子，并將其研究成果發(fā)表在《Nature Photonics》（DOI: 10.1038/s41566-021-00807-w）。

圖 有源腔孤子實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

Nicolas Englebert表示：“這種有源腔孤子是由一種新型諧振器產(chǎn)生的，其中諧振器最重要的部分是一個(gè)重新設(shè)計(jì)的放大器。其目的是補(bǔ)償每次往返孤子的損失，如果與損耗相比放大倍數(shù)太低，則孤子將不存在；而如果放大率大于損耗，則會(huì)發(fā)生激光發(fā)射。因此通過設(shè)計(jì)放大器在一個(gè)合適的放大倍數(shù)范圍內(nèi)可以成功提取大部分的孤子能量（超過30%）。”此外，由于選擇的放大倍數(shù)不會(huì)產(chǎn)生激光發(fā)射，因此產(chǎn)生的脈沖序列繼承了無源諧振器的穩(wěn)定性能。

目前在集成光學(xué)領(lǐng)域，脈沖陣列一般采用無源諧振器的方法生成，但這種方法的功率較低，無法滿足數(shù)據(jù)傳輸和光子原子鐘等應(yīng)用的要求。而Nicolas Englebert等人提出的這種新型混合腔恰能將高能量和高穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)結(jié)合，可以將大量損耗的組件（晶體、特定的光纖等）重新放置在諧振器中，從而為以前無法通過實(shí)驗(yàn)獲得的研究開辟了道路。