光频梳是一组具有等距频率间隔和相位相干性的齿状谱线，其凭借极高精度的频率间隔可实现光频与射频的连接，在天文光谱校准、光学原子钟、频率测量等高精度计量领域具有广阔的应用前景。超连续谱产生实现光谱展宽为获取超宽带相干光梳源提供了一条有效途径，也是光频梳实现自参考并形成稳定输出的关键。相干的跨倍频程的超连续谱的产生，可通过自参考f-2f干涉确定载波包络偏移频率，进而实现超稳定光频梳。集成光子学领域的最新进展为实现紧凑型或芯片集成式光梳源提供了极具吸引力的途径。然而，当前主流的基于纳米波导的方法在超连续谱产生过程中，通常存在输出功率低、光纤耦合损耗大的问题。

图1. (a)用于超连续谱产生和频率梳自参考的绝缘体上铌酸锂微米波导，(b)波导截面SEM图，(c)波导光学显微图。

本文中，我们利用高重复频率飞秒光纤激光器，在色散设计的掺杂氧化镁的绝缘体上铌酸锂微米波导中，通过实验实现了覆盖超过两个倍频程且具有高输出功率的超连续谱产生。该微米波导凭借其优异的光纤兼容性、更低的插入损耗以及更高的光学损伤阈值，能够实现高功率超连续谱输出。针对光频梳自参考需求，我们实现了载波包络偏移频率的测量与稳定，其信噪比超过36 dB。此外，我们还建立了非线性包络方程模型，用于模拟涉及级联二阶和三阶非线性效应的光谱展宽与频率转换过程。本研究为自参考光频梳提供了一种紧凑且便捷的解决方案。

图2(a)呈现了2厘米长MgO:LNOI微米波导中实验观测到的超连续谱及谐波产生结果：1550 nm飞秒脉冲激光通过透镜光纤从左侧注入波导，波导中出现的明亮可见光（包含橙红光和绿光）由倍频、和频及三倍频过程产生。图2(b)为耦合光纤输出端收集到的明亮白光照片。从图2(c)所示的超连续谱可知，脉冲光在波导中已实现充分的光谱展宽，最终实验获得脉冲能量为628 pJ的宽带超连续谱，覆盖近红外至可见光波段，30 dB光谱带宽超两个倍频程（600–2500 nm）。

图2. (a)绝缘体上铌酸锂微米波导超连续产生，(b) 波导中超连续产生光纤输出形成明亮白光，(c) 波导中超连续谱跨两个倍频程。

该成果发表在“Lithium niobate micro-waveguides for efficient supercontinuum generation and frequency comb self-referencing, Photonics Res. 13, 3332 (2025)”。