Недавно стало известно из Китайского университета науки и технологий, что академическая группа университета Го Гуанцаня, профессор Дун Чуньхуа и его коллега Цзоу Чанлин, предложили универсальный механизм управления дисперсией микрорезонатора, позволяющий осуществлять независимое управление центральной частотой и частотой повторения оптического частотного гребеня в реальном времени, и применили его для точного измерения оптической длины волны, повысив точность измерения длины волны до килогерц (кГц). Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.
Солитонные микрогребенки на основе оптических микрорезонаторов привлекли большое внимание исследователей в области прецизионной спектроскопии и оптических часов. Однако из-за влияния окружающей среды, лазерного шума и дополнительных нелинейных эффектов в микрорезонаторе стабильность солитонной микрогребенки значительно ограничена, что становится серьезным препятствием для практического применения низкоинтенсивных частотных гребенок. В предыдущих работах ученые стабилизировали и контролировали оптическую частотную гребенку путем управления показателем преломления материала или геометрией микрорезонатора для достижения обратной связи в реальном времени, что приводило к почти равномерным изменениям всех резонансных мод в микрорезонаторе одновременно, и отсутствовала возможность независимого управления частотой и повторением гребешка. Это значительно ограничивает применение низкоинтенсивных частотных гребенок в практических задачах прецизионной спектроскопии, микроволнового излучения, оптической локации и т. д.
Для решения этой проблемы исследовательская группа предложила новый физический механизм, позволяющий осуществлять независимую регулировку центральной частоты и частоты повторения оптического частотного гребеня в реальном времени. Введя два различных метода управления дисперсией микрорезонаторов, группа смогла независимо контролировать дисперсию микрорезонаторов разных порядков, что позволило добиться полного контроля над различными частотами зубцов оптического частотного гребеня. Этот механизм регулирования дисперсии является универсальным для различных интегрированных фотонных платформ, таких как нитрид кремния и ниобат лития, которые широко изучались.
Исследовательская группа использовала лазер накачки и вспомогательный лазер для независимого управления пространственными модами различных порядков микрорезонатора, чтобы реализовать адаптивную стабильность частоты моды накачки и независимую регулировку частоты повторения частотного гребеня. На основе оптического гребеня исследовательская группа продемонстрировала быструю, программируемую регулировку произвольных частот гребеня и применила ее для точного измерения длины волны, показав волномер с точностью измерения порядка килогерц и возможностью одновременного измерения нескольких длин волн. По сравнению с предыдущими результатами исследований, достигнутая исследовательской группой точность измерения улучшилась на три порядка.
Результаты данного исследования демонстрируют реконфигурируемые солитонные микрогребенки, которые закладывают основу для создания недорогих, интегрированных на чипе оптических стандартов частоты, которые будут применяться в прецизионных измерениях, оптических часах, спектроскопии и связи.
Дата публикации: 26 сентября 2023 г.