Die Genauigkeit der Wellenlängenmessung liegt im Kilohertz-Bereich

Kürzlich erfuhren Professor Dong Chunhua und Mitarbeiter Zou Changling von der Universität für Wissenschaft und Technologie in China, dass das Akademikerteam der Guo Guangcan-Universität einen universellen Mechanismus zur Steuerung der Mikrokavitätsdispersion vorgeschlagen hat, um eine unabhängige Steuerung des optischen Frequenzkammzentrums in Echtzeit zu erreichen Frequenz und Wiederholungsfrequenz, und angewendet auf die Präzisionsmessung der optischen Wellenlänge, erhöhte sich die Genauigkeit der Wellenlängenmessung auf Kilohertz (kHz). Die Ergebnisse wurden in Nature Communications veröffentlicht.
Auf optischen Mikrokavitäten basierende Soliton-Mikrokämme haben in den Bereichen Präzisionsspektroskopie und optische Uhren großes Forschungsinteresse geweckt. Aufgrund des Einflusses von Umgebungs- und Laserrauschen sowie zusätzlicher nichtlinearer Effekte in der Mikrokavität ist die Stabilität des Soliton-Mikrokamms jedoch stark eingeschränkt, was zu einem großen Hindernis bei der praktischen Anwendung des Kamms mit niedrigem Lichtpegel wird. In früheren Arbeiten stabilisierten und kontrollierten die Wissenschaftler den optischen Frequenzkamm, indem sie den Brechungsindex des Materials oder die Geometrie der Mikrokavität kontrollierten, um eine Echtzeit-Rückkopplung zu erreichen, die nahezu gleichmäßige Änderungen in allen Resonanzmodi in der Mikrokavität gleichzeitig verursachte Zeit, es fehlt die Fähigkeit, die Frequenz und Wiederholung des Kamms unabhängig zu steuern. Dies schränkt die Anwendung des Schwachlichtkamms in den praktischen Bereichen Präzisionsspektroskopie, Mikrowellenphotonen, optische Entfernungsmessung usw. erheblich ein.

Um dieses Problem zu lösen, schlug das Forschungsteam einen neuen physikalischen Mechanismus vor, um die unabhängige Echtzeitregelung der Mittenfrequenz und der Wiederholungsfrequenz des optischen Frequenzkamms zu realisieren. Durch die Einführung zweier unterschiedlicher Methoden zur Steuerung der Mikrokavitätsdispersion kann das Team die Streuung verschiedener Mikrokavitätsordnungen unabhängig steuern, um so eine vollständige Kontrolle über verschiedene Zahnfrequenzen des optischen Frequenzkamms zu erreichen. Dieser Dispersionsregulierungsmechanismus ist universell für verschiedene integrierte photonische Plattformen wie Siliziumnitrid und Lithiumniobat, die umfassend untersucht wurden.

Das Forschungsteam nutzte den Pumplaser und den Hilfslaser zur unabhängigen Steuerung der räumlichen Moden verschiedener Ordnungen des Mikrohohlraums, um die adaptive Stabilität der Pumpmodefrequenz und die unabhängige Regulierung der Frequenzkammwiederholungsfrequenz zu realisieren. Basierend auf dem optischen Kamm demonstrierte das Forschungsteam eine schnelle, programmierbare Regulierung beliebiger Kammfrequenzen und wandte sie auf die Präzisionsmessung von Wellenlängen an. Dabei demonstrierte es ein Wellenmessgerät mit einer Messgenauigkeit in der Größenordnung von Kilohertz und der Fähigkeit, mehrere Wellenlängen gleichzeitig zu messen. Im Vergleich zu früheren Forschungsergebnissen hat das Forschungsteam eine Verbesserung der Messgenauigkeit um drei Größenordnungen erreicht.

Die in diesem Forschungsergebnis demonstrierten rekonfigurierbaren Solitonen-Mikrokämme legen den Grundstein für die Realisierung kostengünstiger, chipintegrierter optischer Frequenzstandards, die in der Präzisionsmessung, optischen Uhr, Spektroskopie und Kommunikation eingesetzt werden.