Недавно группа учёных из Китайского университета науки и технологий, профессор Дун Чуньхуа и его коллега Цзоу Чанлин из Университета Го Гуанцань предложили универсальный механизм управления дисперсией микрорезонаторов для независимого управления центральной частотой оптической гребенки и частотой повторения в режиме реального времени. Применение этого механизма для прецизионного измерения длины волны позволило повысить точность измерения до килогерц (кГц). Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Солитонные микрогребёнки, основанные на оптических микрорезонаторах, привлекли большой исследовательский интерес в области прецизионной спектроскопии и оптических часов. Однако из-за влияния окружающего и лазерного шума, а также дополнительных нелинейных эффектов в микрорезонаторе, стабильность солитонного микрогребёнки сильно ограничена, что становится серьёзным препятствием для практического применения гребёнки при низкой освещённости. В предыдущих работах учёные стабилизировали и управляли оптической частотной гребёнкой, управляя показателем преломления материала или геометрией микрорезонатора для достижения обратной связи в реальном времени, что приводило к практически однородным изменениям во всех резонансных модах в микрорезонаторе одновременно, при этом отсутствовала возможность независимого управления частотой и частотой гребёнки. Это значительно ограничивает применение гребёнки при низкой освещённости в практических областях прецизионной спектроскопии, микроволновых фотонов, оптической локации и т. д.
Для решения этой проблемы исследовательская группа предложила новый физический механизм, реализующий независимое регулирование центральной частоты и частоты повторения гребенки оптических частот в реальном времени. Внедрив два различных метода управления дисперсией микрорезонаторов, группа может независимо управлять дисперсией микрорезонаторов разных порядков, обеспечивая полный контроль зубцовой частоты гребенки оптических частот. Этот механизм регулирования дисперсии универсален для различных интегрированных фотонных платформ, таких как нитрид кремния и ниобат лития, которые широко исследованы.
Исследовательская группа использовала лазер накачки и вспомогательный лазер для независимого управления пространственными модами различных порядков микрорезонатора, чтобы реализовать адаптивную стабильность частоты моды накачки и независимое регулирование частоты повторения частотной гребенки. Используя оптический гребень, исследовательская группа продемонстрировала быстрое программируемое регулирование произвольных частот гребенки и применила его для прецизионного измерения длины волны, продемонстрировав волномер с точностью измерения порядка килогерц и способностью одновременно измерять несколько длин волн. По сравнению с результатами предыдущих исследований, точность измерений, достигнутая исследовательской группой, улучшилась на три порядка.
Реконфигурируемые солитонные микросоты, продемонстрированные в результате данного исследования, закладывают основу для реализации недорогих, интегральных оптических стандартов частоты, которые найдут применение в прецизионных измерениях, оптических часах, спектроскопии и связи.
Время публикации: 26 сентября 2023 г.