Kürzlich haben Professor Dong Chunhua und sein Team um Zou Changling von der University of Science and Technology of China (GUO) einen universellen Mechanismus zur Steuerung der Mikrokavitätsdispersion vorgeschlagen, der eine unabhängige Echtzeitsteuerung der Mittenfrequenz und der Wiederholungsfrequenz optischer Frequenzkämme ermöglicht und auf die Präzisionsmessung optischer Wellenlängen angewendet wird. Die Wellenlängenmessgenauigkeit wurde auf Kilohertz (kHz) erhöht. Die Ergebnisse wurden in Nature Communications veröffentlicht.
Soliton-Mikrokämme auf Basis optischer Mikrokavitäten stoßen in der Präzisionsspektroskopie und bei optischen Uhren auf großes Forschungsinteresse. Aufgrund des Einflusses von Umgebungs- und Laserrauschen sowie weiterer nichtlinearer Effekte in der Mikrokavität ist die Stabilität des Soliton-Mikrokamms jedoch stark eingeschränkt, was die praktische Anwendung des Schwachlichtkamms erheblich erschwert. In früheren Arbeiten stabilisierten und kontrollierten Wissenschaftler den optischen Frequenzkamm durch die Steuerung des Brechungsindex des Materials oder der Geometrie der Mikrokavität, um eine Echtzeit-Rückkopplung zu erreichen. Dies führte zu nahezu gleichmäßigen Änderungen aller Resonanzmoden in der Mikrokavität gleichzeitig, ohne dass Frequenz und Wiederholung des Kamms unabhängig voneinander gesteuert werden konnten. Dies schränkt die praktische Anwendung des Schwachlichtkamms in der Präzisionsspektroskopie, bei Mikrowellenphotonen, optischer Entfernungsmessung usw. stark ein.
Um dieses Problem zu lösen, schlug das Forschungsteam einen neuen physikalischen Mechanismus vor, der die unabhängige Echtzeitregelung der Mittenfrequenz und der Wiederholungsfrequenz des optischen Frequenzkamms ermöglicht. Durch die Einführung zweier verschiedener Methoden zur Mikrokavitätendispersionsregelung kann das Team die Dispersion verschiedener Ordnungen von Mikrokavitäten unabhängig voneinander steuern und so die volle Kontrolle über die verschiedenen Zahnfrequenzen des optischen Frequenzkamms erreichen. Dieser Dispersionsregelungsmechanismus ist universell für verschiedene integrierte photonische Plattformen wie Siliziumnitrid und Lithiumniobat anwendbar, die bereits umfassend untersucht wurden.
Das Forschungsteam nutzte den Pumplaser und den Hilfslaser, um die räumlichen Moden verschiedener Ordnungen der Mikrokavität unabhängig voneinander zu steuern und so die adaptive Stabilität der Pumpmodenfrequenz und die unabhängige Regelung der Frequenzkamm-Wiederholungsfrequenz zu erreichen. Basierend auf dem optischen Kamm demonstrierte das Forschungsteam eine schnelle, programmierbare Regelung beliebiger Kammfrequenzen und wandte diese auf die Präzisionsmessung von Wellenlängen an. Dadurch entstand ein Wellenmesser mit einer Messgenauigkeit im Kilohertzbereich und der Fähigkeit, mehrere Wellenlängen gleichzeitig zu messen. Im Vergleich zu früheren Forschungsergebnissen verbesserte sich die vom Forschungsteam erreichte Messgenauigkeit um drei Größenordnungen.
Die in diesem Forschungsergebnis demonstrierten rekonfigurierbaren Soliton-Mikrokämme legen den Grundstein für die Realisierung kostengünstiger, chipintegrierter optischer Frequenzstandards, die in der Präzisionsmessung, optischen Uhr, Spektroskopie und Kommunikation Anwendung finden werden.
Veröffentlichungszeit: 26. September 2023