Наскоро екипът от академици от Университета Гуо Гуанцан в Китай, професор Донг Чунхуа и сътрудник Зоу Чанлинг, предложи универсален механизъм за контрол на дисперсията в микрокухини, за да постигне независим контрол в реално време на централната честота на оптичния честотен гребен и честотата на повторение. Приложен за прецизно измерване на оптичната дължина на вълната, точността на измерване на дължината на вълната се увеличи до килохерц (kHz). Резултатите са публикувани в Nature Communications.
Солитонните микрогребени, базирани на оптични микрокухини, са привлекли голям изследователски интерес в областта на прецизната спектроскопия и оптичните часовници. Поради влиянието на околната среда и лазерния шум, както и допълнителни нелинейни ефекти в микрокухината, обаче, стабилността на солитонния микрогребен е силно ограничена, което се превръща в основна пречка при практическото приложение на гребена за ниски нива на осветеност. В предишни изследвания учените са стабилизирали и контролирали гребена за оптична честота, като са контролирали коефициента на пречупване на материала или геометрията на микрокухината, за да постигнат обратна връзка в реално време. Това е довело до почти равномерни промени във всички резонансни режими в микрокухината едновременно, без възможност за независим контрол на честотата и повторението на гребена. Това значително ограничава приложението на гребена за ниски нива на осветеност в практическите сцени на прецизна спектроскопия, микровълнови фотони, оптично определяне на разстоянието и др.
За да реши този проблем, изследователският екип предложи нов физически механизъм за реализиране на независимо регулиране в реално време на централната честота и честотата на повторение на оптичния честотен гребен. Чрез въвеждането на два различни метода за контрол на дисперсията на микрокухините, екипът може независимо да контролира дисперсията на различните порядъци на микрокухините, така че да постигне пълен контрол върху различните честоти на зъбите на оптичния честотен гребен. Този механизъм за регулиране на дисперсията е универсален за различни интегрирани фотонни платформи, като силициев нитрид и литиев ниобат, които са широко изследвани.
Изследователският екип използва помпения лазер и спомагателния лазер, за да контролира независимо пространствените режими от различни порядъци на микрокухината, за да реализира адаптивна стабилност на честотата на помпения режим и независимо регулиране на честотата на повторение на честотния гребен. Въз основа на оптичния гребен, изследователският екип демонстрира бързо, програмируемо регулиране на произволни честоти на гребена и го приложи към прецизно измерване на дължината на вълната, демонстрирайки вълномер с точност на измерване от порядъка на килохерц и способност за едновременно измерване на множество дължини на вълната. В сравнение с предишните резултати от изследването, точността на измерване, постигната от изследователския екип, е достигнала подобрение от три порядъка.
Реконфигурируемите солитонни микрогребени, демонстрирани в този изследователски резултат, полагат основите за реализирането на нискобюджетни, интегрирани в чип оптични честотни стандарти, които ще бъдат приложени в прецизни измервания, оптичен часовник, спектроскопия и комуникация.
Време на публикуване: 26 септември 2023 г.