近日，北京大学物理学院现代光学研究所、人工微结构和介观物理国家重点实验室、纳光电子前沿科学中心杨起帆研究员、胡耀文研究员、龚旗煌院士，联合北京大学电子学院、纳光电子前沿科学中心常林团队，在高性能孤子微腔光梳研究方面取得新进展。团队提出并实现了一种基于集成啁啾布拉格光栅的法布里—珀罗微腔平台，实现了单梳齿毫瓦级输出功率的高功率孤子微梳，并进一步完成了无需光放大的 2 Tb/s 相干光通信实验验证。相关成果以“Communication-ready high-power soliton microcombs in highly dispersive Fabry–Perot microresonators”为题，于2026年3月13日发表于《Optica》。

微腔中产生的克尔频率梳被认为是下一代高速光通信系统的重要光源之一。借助单个连续波泵浦激光器，微腔光梳可以同时产生一系列等间距的多波长信道，有望替代传统通信系统中的多激光器阵列，从而降低系统体积、功耗和温控复杂度。如何在保持芯片化、集成化优势的同时，进一步提高单个梳齿的输出功率，使其能够直接进入实际通信系统，一直是这一方向面临的关键问题。

这一问题的核心，在于微腔色散与光梳输出能力之间的关系。通常情况下，克尔微梳的梳齿功率依赖于谐振腔中的反常色散强度。传统环形微腔受材料色散和几何结构限制，色散设计自由度有限，因此产生的孤子微梳单齿功率通常较低，往往需要借助额外的光放大器才能满足通信应用需求。这不仅增加了系统复杂度，也会引入附加噪声。

针对上述问题，研究团队提出并实现了一种新的集成法布里—珀罗微腔平台。该平台通过在器件中引入啁啾布拉格光栅，将色散调控从传统的几何结构设计扩展到光子能带调控，从而显著提升了谐振腔的色散工程能力。与相同波导截面的环形微腔相比，该平台的色散调控能力提升了两个数量级以上，为实现高功率孤子微梳提供了新的器件方案。

图1  集成FP微腔平台及光梳（a）芯片显微图像、FP微腔放大图及啁啾光栅电镜图；（b）FP微腔与环形微腔孤子光谱对比。

实验结果表明，在约 410 mW 的芯片泵浦功率下，该平台生成的孤子微梳转换效率达到 7.1%，显著高于传统环形腔通常低于 1% 的水平。其中有10根梳齿功率超过 1 mW，最强梳齿功率达到 6.23 mW。与传统微腔平台相比，该器件实现了单梳齿功率超过百倍的提升。得益于较高的单齿输出功率，该光梳无需经过掺铒光纤放大器放大，便可直接驱动相干光收发器。

为验证其在实际系统中的应用潜力，研究团队进一步搭建了无放大相干光通信实验平台。实验采用16-QAM调制格式和 25 GBd 符号速率，在 200 m 单模光纤上实现了总计 2 Tb/s 的传输速率。10个信道的误码率均低于20%软判决前向纠错阈值，表明该高功率微梳已经具备支撑短距离高速无放大相干通信的能力。这一结果显示，基于集成法布里—珀罗微腔的孤子微梳在数据中心互连等应用场景中具有良好的发展前景。

图2  无放大相干光通信实验（a）传输实验装置示意图；（b）传输实验中使用的10条梳状光谱线在带通滤波器前的光谱采样结果；（c）X偏振（蓝色）和Y偏振（红色）数据通道的实测误码率（BER）；（d）两种偏振模式的典型星座图，颜色表示符号密度分布。

除高功率输出外，该微腔平台在扫频演化过程中还表现出良好的热稳定性。实验中，器件无需复杂的热补偿或辅助激发方案即可稳定进入孤子态，并在实验室环境下实现数小时稳定运行。这一特性有助于降低系统运行复杂度，也为器件进一步走向实际应用提供了条件。除相干光通信外，该成果在共封装光学（CPO）、激光雷达、精密计时和分子光谱学等方向也具有应用潜力。

北京大学物理学院2020级博士研究生程寅恪、2022级博士研究生谢震宇、2022级博士研究生王元蕾为论文共同第一作者，杨起帆为通讯作者。合作者还包括北京大学物理学院胡耀文研究员和龚旗煌院士、北京大学电子学院常林团队，以及北京大学物理学院、电子学院多位研究生。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京大学纳光电子前沿科学中心等机构的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.586478