Recent onderzoek van het team van academici Professor Dong Chunhua en zijn medewerker Zou Changling van de Guo Guangcan Universiteit van China toonde aan dat zij een universeel mechanisme voor het beheersen van microholtedispersie hebben ontwikkeld. Dit mechanisme maakt het mogelijk om de middenfrequentie en herhalingsfrequentie van een optische frequentiekam in realtime en onafhankelijk te regelen. Door dit mechanisme toe te passen op de precisiemeting van optische golflengten, werd de meetnauwkeurigheid verhoogd tot kilohertz (kHz). De bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Communications.
Soliton-microkammen gebaseerd op optische microholtes hebben veel onderzoeksinteresse gewekt op het gebied van precisiespectroscopie en optische klokken. Door de invloed van omgevings- en laserruis en bijkomende niet-lineaire effecten in de microholte is de stabiliteit van de soliton-microkam echter sterk beperkt, wat een groot obstakel vormt voor de praktische toepassing van de kam bij lage lichtniveaus. In eerder onderzoek stabiliseerden en controleerden wetenschappers de optische frequentiekam door de brekingsindex van het materiaal of de geometrie van de microholte te regelen om realtime feedback te verkrijgen. Dit leidde echter tot vrijwel uniforme veranderingen in alle resonantiemodi in de microholte tegelijkertijd, waardoor de mogelijkheid om de frequentie en herhaling van de kam onafhankelijk te regelen ontbrak. Dit beperkt de toepassing van de kam bij lage lichtniveaus in praktische toepassingen zoals precisiespectroscopie, microgolffotonen, optische afstandsmeting, enzovoort.
Om dit probleem op te lossen, heeft het onderzoeksteam een nieuw fysiek mechanisme voorgesteld om de centrale frequentie en de herhalingsfrequentie van de optische frequentiekam onafhankelijk en in realtime te reguleren. Door twee verschillende methoden voor het regelen van de dispersie van microholtes te introduceren, kan het team de dispersie van verschillende orden van microholtes onafhankelijk regelen, waardoor volledige controle over de verschillende tandfrequenties van de optische frequentiekam wordt bereikt. Dit dispersiereguleringsmechanisme is universeel toepasbaar op verschillende geïntegreerde fotonische platforms zoals siliciumnitride en lithiumniobaat, die al uitgebreid zijn onderzocht.
Het onderzoeksteam gebruikte de pomplaser en de hulplaser om de ruimtelijke modi van verschillende orden van de microholte onafhankelijk van elkaar te regelen. Hierdoor werd adaptieve stabiliteit van de pompfrequentie en onafhankelijke regeling van de herhalingsfrequentie van de frequentiekam gerealiseerd. Op basis van de optische kam demonstreerde het onderzoeksteam een snelle, programmeerbare regeling van willekeurige kamfrequenties en paste dit toe op de precisiemeting van golflengten. Ze ontwikkelden een golflengtemeter met een meetnauwkeurigheid in de orde van kilohertz en de mogelijkheid om meerdere golflengten tegelijk te meten. Vergeleken met eerdere onderzoeksresultaten is de door het onderzoeksteam bereikte meetnauwkeurigheid met drie ordes van grootte verbeterd.
De in dit onderzoek aangetoonde herconfigureerbare soliton-microkammen leggen de basis voor de realisatie van goedkope, in chips geïntegreerde optische frequentienormen, die toegepast zullen worden in precisiemetingen, optische klokken, spectroscopie en communicatie.
Geplaatst op: 26 september 2023