Onlangs hebben academici van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China, professor Dong Chunhua en medewerker Zou Changling van de Guo Guangcan University, een universeel mechanisme voor microcaviteitsdispersiecontrole voorgesteld om realtime onafhankelijke controle van de optische frequentiekamcentrumfrequentie en herhalingsfrequentie te bereiken. Toegepast op de precisiemeting van optische golflengten, werd de nauwkeurigheid van de golflengtemeting verhoogd tot kilohertz (kHz). De bevindingen werden gepubliceerd in Nature Communications.
Solitonmicrokammen gebaseerd op optische microcaviteiten hebben veel belangstelling gewekt in het onderzoek naar precisiespectroscopie en optische klokken. Door de invloed van omgevings- en laserruis en aanvullende niet-lineaire effecten in de microcaviteit is de stabiliteit van de solitonmicrokam echter sterk beperkt, wat een groot obstakel vormt voor de praktische toepassing van de kam bij lage lichtintensiteit. In eerder werk stabiliseerden en controleerden de wetenschappers de optische frequentiekam door de brekingsindex van het materiaal of de geometrie van de microcaviteit te regelen om realtime feedback te bereiken. Dit veroorzaakte vrijwel uniforme veranderingen in alle resonantiemodi in de microcaviteit tegelijkertijd, waardoor de frequentie en herhaling van de kam niet onafhankelijk konden worden geregeld. Dit beperkt de toepassing van de kam bij lage lichtintensiteit in de praktijk van precisiespectroscopie, microgolffotonen, optische afstandsbepaling, enz. aanzienlijk.
Om dit probleem op te lossen, stelde het onderzoeksteam een nieuw fysiek mechanisme voor om de centrale frequentie en de herhalingsfrequentie van de optische frequentiekam onafhankelijk in realtime te regelen. Door twee verschillende methoden voor microcaviteitsdispersiecontrole te introduceren, kan het team de dispersie van verschillende ordes van microcaviteiten onafhankelijk regelen, waardoor volledige controle over de verschillende tandfrequenties van de optische frequentiekam wordt bereikt. Dit dispersieregelmechanisme is universeel voor verschillende geïntegreerde fotonische platforms, zoals siliciumnitride en lithiumniobaat, die uitgebreid zijn onderzocht.
Het onderzoeksteam gebruikte de pomplaser en de hulplaser om de ruimtelijke modi van verschillende ordes van de microcaviteit onafhankelijk te regelen. Dit resulteerde in adaptieve stabiliteit van de pompfrequentie en onafhankelijke regeling van de herhalingsfrequentie van de frequentiekam. Op basis van de optische kam demonstreerde het onderzoeksteam snelle, programmeerbare regeling van willekeurige kamfrequenties en paste dit toe op de precisiemeting van golflengtes. Dit resulteerde in een golfmeter met een meetnauwkeurigheid van de orde van kilohertz en de mogelijkheid om meerdere golflengtes tegelijkertijd te meten. Vergeleken met eerdere onderzoeksresultaten is de door het onderzoeksteam bereikte meetnauwkeurigheid met drie ordes van grootte verbeterd.
De in dit onderzoek getoonde herconfigureerbare soliton-microcomben vormen de basis voor de realisatie van goedkope, in chips geïntegreerde optische frequentiestandaarden, die zullen worden toegepast op het gebied van precisiemetingen, optische klokken, spectroscopie en communicatie.
Plaatsingstijd: 26-09-2023