Недавно стало известно из Китайского университета науки и технологий, академическая группа университета Го Гуанцань профессор Дун Чуньхуа и соавтор Цзоу Чанлин предложили универсальный механизм управления дисперсией микрополостей для достижения независимого управления в реальном времени центральной частотой оптической гребенки частот и частотой повторения, и применили его к прецизионному измерению оптической длины волны, точность измерения длины волны увеличилась до килогерц (кГц). Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.
Микрогребни солитонов на основе оптических микрополостей привлекли большой исследовательский интерес в областях прецизионной спектроскопии и оптических часов. Однако из-за влияния шума окружающей среды и лазера, а также дополнительных нелинейных эффектов в микрополости, стабильность микрогребня солитонов сильно ограничена, что становится серьезным препятствием в практическом применении гребенки с низким уровнем освещенности. В предыдущей работе ученые стабилизировали и контролировали гребень оптической частоты, управляя показателем преломления материала или геометрией микрополости для достижения обратной связи в реальном времени, что вызывало почти однородные изменения во всех резонансных модах в микрополости одновременно, не имея возможности независимо управлять частотой и повторением гребенки. Это значительно ограничивает применение гребенки с низким уровнем освещенности в практических сценах прецизионной спектроскопии, микроволновых фотонов, оптической локации и т. д.
Для решения этой проблемы исследовательская группа предложила новый физический механизм для реализации независимой в реальном времени регулировки центральной частоты и частоты повторения оптической частотной гребенки. Внедряя два различных метода управления дисперсией микрополостей, группа может независимо управлять дисперсией различных порядков микрополостей, чтобы достичь полного управления различными зубцовыми частотами оптической частотной гребенки. Этот механизм регулирования дисперсии универсален для различных интегрированных фотонных платформ, таких как нитрид кремния и ниобат лития, которые были широко изучены.
Исследовательская группа использовала накачивающий лазер и вспомогательный лазер для независимого управления пространственными модами различных порядков микрорезонатора для реализации адаптивной стабильности частоты накачивающего режима и независимого регулирования частоты повторения частотной гребенки. На основе оптической гребенки исследовательская группа продемонстрировала быстрое программируемое регулирование произвольных частот гребенки и применила его для точного измерения длины волны, продемонстрировав волномер с точностью измерения порядка килогерца и способностью одновременно измерять несколько длин волн. По сравнению с предыдущими результатами исследований точность измерений, достигнутая исследовательской группой, достигла трех порядков улучшения.
Реконфигурируемые солитонные микросоты, продемонстрированные в результате данного исследования, закладывают основу для реализации недорогих, интегральных оптических стандартов частоты, которые будут применяться в прецизионных измерениях, оптических часах, спектроскопии и связи.
Время публикации: 26-сен-2023