法国国家科学研究中心、巴黎-萨克雷大学和浙江大学的研究团队设计了一种可产生高精度频率梳的波导，这种渐变折射率波导可将频率梳的带宽增加一倍以上。此项研究结果发表在《Advanced Photonics》(www.doi.org/10.1117/1.AP.2.4.046001)上。

产生频率梳的必要条件是平衡材料本身的色散与光线在波导中传播产生的色散，这种平衡在玻璃材料中更容易实现，然而在实际应用和集成中，更常用到的材料则是硅。

为了增加频率梳的带宽，研究人员将目光集中在了研究光线传播性质——尤其是光的色散上。

组成频率梳的各种波长必须保持彼此相位一致，方可产生宽带宽的频率梳。然而，非线性相位匹配通常受到波导本身色散的限制，在折射率差异较大的设备（比如绝缘体和硅材料的组合）中尤其难以实现：与玻璃包层相比，硅芯折射率偏大，两者之间的差异造成很强的色散，这种色散会过度补偿材料色散。这种色散可以通过波导设计来抵消。

研究人员的方法基于亚波长尺度上的自适应边界（self-adaptive boundary）单模波导设计。他们发现，玻璃包层和硅芯之间的界面不一定要非常平滑，因此他们设计了一种具有鱼骨形硅芯的波导，硅芯向外延伸嵌入玻璃包层中；玻璃包层和硅芯的交叉部分的有效折射率是玻璃和硅折射率的平均值，因此折射率由内向外逐渐从硅过渡到玻璃——整个波导相当于一个渐变折射率波导。

在渐变折射率情况下，红光在传播中展宽，蓝光则被缩短。不同颜色的光在同样的波导中传播时，相当于传播了不同的等效距离。研究人员将这种现象称之为“自适应边界”。由于不同波导模式自适应其波长的空间分布，从而有由等效折射率所决定的不同等效传播距离。

研究人员还对比了不同形状的鱼骨结构，每种结构都可以增加低色散带宽范围。为了证明渐变折射率波导能够更好地产生频率梳，研究人员对比了在标准波导和渐变折射率波导中产生的频率梳，结果发现渐变折射率波导中的低色散频谱范围可以从约20THZ扩展到约44THZ。

虽然到目前为止，研究人员仅仅对此结构进行了理论计算及建模， 但在理论计算中已经考虑到了实际制造需求。一旦完成结构测试，这种利用自适应边界硅波导扩大克尔频率梳频谱范围的理论，将会给需要控制能级间隔和相位匹配的非线性光学应用带来利好。例如，内嵌芯片的频率梳将使高精度和高灵敏度的紧凑光谱仪成为可能。

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