Nedávno z Čínské univerzity vědy a techniky, akademického týmu Guo Guangcan, profesora Dong Chunhua a jeho spolupracovníka Zou Changlinga, navrhli univerzální mechanismus řízení disperze v mikrodutinách, který umožňuje nezávislé řízení střední frekvence optického frekvenčního hřebene a opakovací frekvence v reálném čase. Jeho aplikace na přesné měření optické vlnové délky zvýšila přesnost měření vlnové délky na kilohertzy (kHz). Výsledky byly publikovány v časopise Nature Communications.
Solitonové mikrohřebeny založené na optických mikrodutinách přitahují velký výzkumný zájem v oblasti přesné spektroskopie a optických hodin. Vliv šumu prostředí a laserového šumu a další nelineární efekty v mikrodutině však vede k značné omezení stability solitonového mikrohřebenu, což se stává hlavní překážkou v praktickém využití hřebenu pro nízkou úroveň osvětlení. V předchozí práci vědci stabilizovali a řídili optický frekvenční hřeben řízením indexu lomu materiálu nebo geometrie mikrodutiny, aby dosáhli zpětné vazby v reálném čase, což způsobovalo téměř rovnoměrné změny ve všech rezonančních módech v mikrodutině současně, a chyběla tak schopnost nezávisle řídit frekvenci a opakování hřebenu. To značně omezuje použití hřebenu pro nízkou úroveň osvětlení v praktických oblastech přesné spektroskopie, mikrovlnných fotonů, optického měření vzdálenosti atd.
Aby se tento problém vyřešil, výzkumný tým navrhl nový fyzikální mechanismus pro realizaci nezávislé regulace střední frekvence a opakovací frekvence optického frekvenčního hřebenu v reálném čase. Zavedením dvou různých metod řízení disperze mikrodutin může tým nezávisle řídit disperzi různých řádů mikrodutin, a dosáhnout tak plné kontroly nad různými frekvencemi zubů optického frekvenčního hřebenu. Tento mechanismus regulace disperze je univerzální pro různé integrované fotonické platformy, jako je nitrid křemíku a niobát lithný, které byly široce studovány.
Výzkumný tým použil čerpací laser a pomocný laser k nezávislému řízení prostorových módů různých řádů mikrodutiny, aby dosáhl adaptivní stability frekvence čerpacího módu a nezávislé regulace opakovací frekvence frekvenčního hřebenu. Na základě optického hřebenu výzkumný tým demonstroval rychlou, programovatelnou regulaci libovolných frekvencí hřebenu a aplikoval ji na přesné měření vlnové délky, čímž předvedl vlnoměr s přesností měření řádově v kilohertzech a schopností měřit více vlnových délek současně. Ve srovnání s předchozími výsledky výzkumu dosáhl výzkumný tým zlepšení přesnosti měření o tři řády.
Rekonfigurovatelné solitonové mikrohřebeny demonstrované v tomto výzkumném výsledku pokládají základ pro realizaci nízkonákladových, čipově integrovaných optických frekvenčních standardů, které budou použity v přesném měření, optických hodinách, spektroskopii a komunikaci.
Čas zveřejnění: 26. září 2023