“理工振興”學術動態：河北大學物理學院光信息技術團隊在超高分辨率瞬時光頻率檢測芯片研究方面取得重要進展

2025-04-07

近期，我校物理學院姚曉天教授團隊與中山大學蔡鑫倫教授團隊合作，在超高分辨率瞬時光頻率檢測芯片研究方面取得重要進展。相關工作“On-chip real-time detection of optical frequency variations with ultrahigh resolution using the sine-cosine encoder approach”以河北大學為第一單位發表在NatureCommunications (2025, 16:3015; OI 10.1038/s41467-025-58251-1)。姚曉天（X. Steve Yao）教授和蔡鑫倫教授為論文的共同通訊作者，中山大學林忠勁副教授、河北大學碩士研究生楊宇龍和博士研究生馬曉松等人參與了該項工作。

光頻率變化（OFV）的實時測量對于激光穩頻，光學計算和光學傳感等應用領域的發展至關重要。傳統波長測量設備雖然測量結果準確，但通常體積大、分辨率低、測量速度慢且價格昂貴。隨著光子集成技術應用的不斷拓展，片上光頻率檢測技術的研發日趨緊迫。

為實現這一目標，我校光信息技術創新中心姚曉天教授團隊與中山大學光電材料與技術國家重點實驗室蔡鑫倫教授團隊合作，首次提出并制成了第一個基于正余弦編碼原理的光頻率檢測光子集成（PIC）芯片。該薄膜鈮酸鋰（TFLN）芯片尺寸僅為5.5 mm×2.7 mm、測量速度高達2500 THz/s（20000nm/s）、分辨率小至2MHz、測量范圍超過160nm。通過所提出的高魯棒性算法克服了器件缺陷，并確保了OFV參數的精確量化，這項工作開辟了片上光頻率檢測的新途徑，并為涉及OFV測量的不同應用提供了巨大的潛力。

河北大學光信息技術創新中心由姚曉天教授領銜成立、依托單位為物理學院。該中心重點開發研究新型光譜及偏振測量技術、超窄帶寬及可調諧激光技術、微波光子感知技術、分布式感知及檢測技術、光纖角速度感知技術、三維相位成像技術以及這些技術在不同行業的應用，主要致力服務于智能駕駛、智能電網、智慧醫療等新興產業。成立至今，中心在基于偏振串擾分析的分布式光纖傳感、基于偏振分析的光頻域反射(PA-OFDR)分布式光纖傳感、基于偏振分析的光纖陀螺(P-FOG)、基于偏振編碼的相襯成像技術、片上偏振測量和管理技術、基于偏振分析的電流/磁場傳感、超窄線寬光纖激光器、低相位噪聲掃頻光電振蕩器(OEO)、基于光學相干層析掃描(OCT)的開拓性應用等方面取得了系列進展，相關研究結果發表在Nature Communications、Photonics Research、Optics Express、Optics Letters、Journal of Lightwave Technology等光學TOP期刊并積極推進行業產業應用。