Нещодавно команда академіків Університету науки і технологій Китаю, професор Дун Чуньхуа та його колега Цзоу Чанлін, запропонували універсальний механізм керування дисперсією мікрорезонатора для досягнення незалежного керування центральною частотою оптичного гребеня та частотою повторення в режимі реального часу, і застосували його для прецизійного вимірювання оптичної довжини хвилі, що дозволило збільшити точність вимірювання довжини хвилі до кілогерц (кГц). Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature Communications.
Солітонні мікрогребінці на основі оптичних мікрорезонаторів викликали великий дослідницький інтерес у галузях прецизійної спектроскопії та оптичних годинників. Однак через вплив навколишнього середовища та лазерного шуму, а також додаткових нелінійних ефектів у мікрорезонаторі, стабільність солітонного мікрогребінця значно обмежена, що стає основною перешкодою у практичному застосуванні гребінця для низького рівня освітлення. У попередній роботі вчені стабілізували та керували гребінцем оптичної частоти, контролюючи показник заломлення матеріалу або геометрію мікрорезонатора, щоб досягти зворотного зв'язку в реальному часі, що призводило до майже рівномірних змін у всіх резонансних модах у мікрорезонаторі одночасно, не маючи можливості незалежно керувати частотою та повторенням гребінця. Це значно обмежує застосування гребінця для низького рівня освітлення в практичних сферах прецизійної спектроскопії, мікрохвильових фотонів, оптичного локаційного вимірювання тощо.
Щоб вирішити цю проблему, дослідницька група запропонувала новий фізичний механізм для реалізації незалежного регулювання центральної частоти та частоти повторення оптичного гребеня в реальному часі. Запровадивши два різні методи керування дисперсією мікрорезонатора, команда може незалежно керувати дисперсією різних порядків мікрорезонатора, щоб досягти повного контролю різних частот зубців оптичного гребеня. Цей механізм регулювання дисперсії є універсальним для різних інтегрованих фотонних платформ, таких як нітрид кремнію та ніобат літію, які були широко вивчені.
Дослідницька група використовувала накачуючий лазер та допоміжний лазер для незалежного керування просторовими модами різних порядків мікрорезонатора, щоб реалізувати адаптивну стабільність частоти накачуючого режиму та незалежне регулювання частоти повторення частотного гребеня. На основі оптичного гребеня дослідницька група продемонструвала швидке, програмоване регулювання довільних частот гребеня та застосувала його для прецизійного вимірювання довжини хвилі, продемонструвавши хвилемір з точністю вимірювання порядку кілогерц та можливістю одночасного вимірювання кількох довжин хвиль. Порівняно з попередніми результатами досліджень, точність вимірювання, досягнута дослідницькою групою, досягла покращення на три порядки.
Реконфігуровані солітонні мікрогребінці, продемонстровані в цьому дослідженні, закладають основу для реалізації недорогих, інтегрованих у чіп оптичних стандартів частоти, які будуть застосовані в прецизійних вимірюваннях, оптичному годиннику, спектроскопії та зв'язку.
Час публікації: 26 вересня 2023 р.