高速光通信是通过波分复用实现的，通过波分复用，数以百计的单个稳定激光器在单模光纤中编码信息。更高的带宽则要求更高的光总功率，但光纤内部的光非线性限制了光纤的功率，光源的能量消耗开始成为一个重要的成本因素。为了解决这一问题，人们提出了光学频率梳（光频梳）——在一个单片器件内产生大量离散的等频间距的激光谱线；然而，目前它们有限的稳定性和相干性只允许它们在很小的参数范围内工作。
近日，马克斯·普朗克光科学研究所Harald G. L. Schwefel团队的研究结果表明，在高品质的回音壁模谐振腔内，利用电光效应实现的宽带频率梳可以在较低的微波功率和光功率下工作。不同于通常的三阶科尔非线性光频梳，作者提出的频率梳依赖于二阶非线性效应，这是更有效的。研究结果使用了一个固定的微波信号与一个光泵信号混合产生一个精确确定载波分离的相干频率梳。这种共振增强使得在低于商业化设备功率三个数量级的微波功率下工作成为可能。作者也强调了研究结果与高速数据通信的实际相关性。
总之，为了克服光纤非线性效应的限制，必须解决两个问题：提供一个紧凑的、完全集成的、高质量的、相干的频率梳发生器；并实时计算非线性信号的传播。作者的研究则为第一个问题提出了一种解决方案。
图1：产生基于回音壁膜的二阶频率梳的原理。
图2：共振电光频梳的实验实现。
Alfredo Rueda, Florian Sedlmeir, Madhuri Kumari, Gerd Leuchs & Harald G. L. Schwefel. Resonant electro-optic frequency comb. Nature, 2019.
DOI: 10.1038/s41586-019-1110-x
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1110-x#article-info