综述：超连续谱产生的实验与材料进展全面评述

这篇综述系统梳理了超连续谱产生（SCG）从非线性光学效应早期研究到实验技术与材料创新的最新突破。文章深入探讨了自相位调制（SPM）、孤子动力学、四波混频（FWM）等关键非线性现象，对比分析了硅基光纤、硫系玻璃（ChG）和光子晶体光纤（PCF）等材料对光谱展宽的影响，并展望了SCG在光谱学、生物医学成像及量子技术中的应用前景。

　　

Abstract

超连续谱产生（SCG）作为非线性光学领域的里程碑技术，其发展历程可追溯至1960年激光器的发明。早期研究将SCG视为“异常展宽现象”，直至Alfano团队首次在硼硅酸盐玻璃中实现4000-7000 ?的白光输出并命名该技术。SCG的核心机制源于高强度脉冲与非线性介质的相互作用，触发自相位调制（SPM）、孤子自频移（SSFS）和四波混频（FWM）等效应。

Introduction

激光技术的进步为SCG研究奠定基础。从Q开关（Q-switching）到锁模（mode locking）技术，脉冲宽度缩短至飞秒量级，使得超短脉冲泵浦成为SCG的关键手段。早期实验中，硅基单模光纤（SMF）因低损耗特性成为首选，但其非线性系数较低。光子晶体光纤（PCF）的出现通过调控色散特性（如零色散波长ZDW）显著提升了光谱展宽效率。

Early SCG experimental approaches

1970年代，研究者利用Nd:玻璃激光器在皮秒脉冲下观察到SPM诱导的光谱展宽。Hasegawa和Tappert提出反常色散区孤子形成理论，而Mollenauer通过实验验证了光纤中光学孤子的存在。调制不稳定性（modulation instability）的引入进一步优化了长脉冲泵浦下的SCG噪声控制。

How different materials influence SCG

材料创新推动SCG向中红外（mid-IR）拓展。硫系玻璃（如As₂S₃）因其宽透射窗口（2-12 μm）和高非线性系数（n₂比硅高100倍）成为热点。Zhang等人设计的硅槽波导通过四零色散点实现1217-2451 nm展宽，而Monro团队采用As-Se PCF在2-3.6 μm波段生成SCG。

Current research trends

前沿研究聚焦于集成光子学平台。硅（Si）、氮化硅（SiN）和钽酸锂（LiTaO₃）等材料通过波导工程实现芯片级SCG光源。Zhao等人开发的(Ge₁₀Te₄₃)₉₀-AgI₁₀双包层光纤在7 μm泵浦下展宽至中红外，展现了材料组分调控的潜力。

Applications of SCG

SCG光源凭借宽谱（UV-IR）、高亮度特性，在光学相干断层扫描（OCT）、癌症检测和气体传感等领域大放异彩。例如，基于SCG的光频梳技术为原子钟提供稳定参考，而“光学流氓波”（optical rogue waves）现象为极端事件研究提供新视角。

Conclusion and future perspectives

未来SCG研究将致力于解决噪声抑制、色散调控等挑战，并探索人工智能（AI）辅助的量子光源设计。随着铌酸锂（LiNbO₃）等非线性晶体和拓扑光子学的发展，SCG有望在太赫兹成像和神经光子学中开辟新应用。