Nedávno sa dozvedeli z Čínskej univerzity vedy a techniky, akademického tímu Guo Guangcan, profesora Dong Chunhua a jeho spolupracovníka Zou Changlinga, že navrhli univerzálny mechanizmus riadenia disperzie mikrodutín na dosiahnutie nezávislého riadenia stredovej frekvencie optického frekvenčného hrebeňa a opakovacej frekvencie v reálnom čase. Jeho aplikácia na presné meranie optickej vlnovej dĺžky zvýšila presnosť merania vlnovej dĺžky na kilohertzy (kHz). Zistenia boli publikované v časopise Nature Communications.
Solitónové mikrohrebene založené na optických mikrodutinách pritiahli veľký záujem výskumníkov v oblasti presnej spektroskopie a optických hodín. Avšak kvôli vplyvu environmentálneho a laserového šumu a ďalším nelineárnym efektom v mikrodutine je stabilita solitónového mikrohrebeňa značne obmedzená, čo sa stáva hlavnou prekážkou v praktickom použití hrebeňa pre nízke úrovne osvetlenia. V predchádzajúcej práci vedci stabilizovali a riadili optický frekvenčný hrebeň riadením indexu lomu materiálu alebo geometrie mikrodutiny, aby dosiahli spätnú väzbu v reálnom čase, čo spôsobilo takmer rovnomerné zmeny vo všetkých rezonančných módoch v mikrodutine súčasne, pričom chýbala schopnosť nezávisle riadiť frekvenciu a opakovanie hrebeňa. To výrazne obmedzuje použitie hrebeňa pre nízke úrovne osvetlenia v praktických scénach presnej spektroskopie, mikrovlnných fotónov, optického merania vzdialenosti atď.
Na vyriešenie tohto problému výskumný tím navrhol nový fyzikálny mechanizmus na realizáciu nezávislej regulácie stredovej frekvencie a opakovacej frekvencie optického frekvenčného hrebeňa v reálnom čase. Zavedením dvoch rôznych metód riadenia disperzie mikrodutín môže tím nezávisle riadiť disperziu rôznych rádov mikrodutín, aby sa dosiahla úplná kontrola rôznych frekvencií zubov optického frekvenčného hrebeňa. Tento mechanizmus regulácie disperzie je univerzálny pre rôzne integrované fotonické platformy, ako je nitrid kremíka a niobičnan lítny, ktoré boli široko študované.
Výskumný tím použil čerpací laser a pomocný laser na nezávislé riadenie priestorových módov rôznych rádov mikrodutiny, aby dosiahol adaptívnu stabilitu frekvencie čerpacieho módu a nezávislú reguláciu opakovacej frekvencie frekvenčného hrebeňa. Na základe optického hrebeňa výskumný tím demonštroval rýchlu, programovateľnú reguláciu ľubovoľných frekvencií hrebeňa a aplikoval ju na presné meranie vlnovej dĺžky, čím predviedol vlnomer s presnosťou merania rádovo kilohertz a schopnosťou merať viacero vlnových dĺžok súčasne. V porovnaní s predchádzajúcimi výskumnými výsledkami sa presnosť merania, ktorú výskumný tím dosiahol, zlepšila o tri rády.
Rekonfigurovateľné solitónové mikrohrebene demonštrované v tomto výskumnom výsledku kladú základ pre realizáciu nízkonákladových, čipovo integrovaných optických frekvenčných štandardov, ktoré sa uplatnia v presnom meraní, optických hodinách, spektroskopii a komunikácii.
Čas uverejnenia: 26. septembra 2023