Professor Dong Chunhua og samarbeidspartner Zou Changling fra det kinesiske universitetet for vitenskap og teknologi foreslo nylig en universell kontrollmekanisme for spredning av mikrohulrom for å oppnå uavhengig kontroll av den optiske frekvenskamsenterfrekvensen og repetisjonsfrekvensen i sanntid. Ved å bruke den til presisjonsmåling av optisk bølgelengde, økte nøyaktigheten av bølgelengdemålingen til kilohertz (kHz). Funnene ble publisert i Nature Communications.
Soliton-mikrokammer basert på optiske mikrokaviteter har vakt stor forskningsinteresse innen presisjonsspektroskopi og optiske klokker. På grunn av påvirkning fra miljø- og laserstøy og ytterligere ikke-lineære effekter i mikrokaviteten er imidlertid stabiliteten til soliton-mikrokammen sterkt begrenset, noe som blir et stort hinder i den praktiske anvendelsen av kammen for lavt lysnivå. I tidligere arbeid stabiliserte og kontrollerte forskerne den optiske frekvenskammen ved å kontrollere brytningsindeksen til materialet eller geometrien til mikrokaviteten for å oppnå tilbakemelding i sanntid, noe som forårsaket nesten ensartede endringer i alle resonansmoduser i mikrokaviteten samtidig, uten evnen til å uavhengig kontrollere frekvensen og repetisjonen av kammen. Dette begrenser i stor grad anvendelsen av kammen for lavt lys i praktiske scener med presisjonsspektroskopi, mikrobølgefotoner, optisk avstandsmåling, etc.
For å løse dette problemet foreslo forskerteamet en ny fysisk mekanisme for å realisere uavhengig sanntidsregulering av senterfrekvensen og repetisjonsfrekvensen til den optiske frekvenskammen. Ved å introdusere to forskjellige metoder for kontroll av spredning i mikrokaviteter, kan teamet uavhengig kontrollere spredningen av forskjellige størrelser på mikrokaviteter, for å oppnå full kontroll over forskjellige tannfrekvenser i den optiske frekvenskammen. Denne spredningsreguleringsmekanismen er universell for forskjellige integrerte fotoniske plattformer som silisiumnitrid og litiumniobat, som har blitt grundig studert.
Forskningsteamet brukte pumpelaseren og hjelpelaseren til uavhengig å kontrollere de romlige modusene for forskjellige størrelsesordener i mikrohulrommet for å realisere den adaptive stabiliteten til pumpemodusfrekvensen og den uavhengige reguleringen av frekvenskammens repetisjonsfrekvens. Basert på den optiske kammen demonstrerte forskningsteamet rask, programmerbar regulering av vilkårlige kamfrekvenser og anvendte den til presisjonsmåling av bølgelengde, og demonstrerte et bølgemåler med en målenøyaktighet i størrelsesorden kilohertz og evnen til å måle flere bølgelengder samtidig. Sammenlignet med tidligere forskningsresultater har målenøyaktigheten oppnådd av forskningsteamet nådd en forbedring på tre størrelsesordener.
De rekonfigurerbare soliton-mikrokammene som er demonstrert i dette forskningsresultatet, legger grunnlaget for realiseringen av rimelige, chip-integrerte optiske frekvensstandarder, som vil bli brukt i presisjonsmåling, optisk klokke, spektroskopi og kommunikasjon.
Publisert: 26. september 2023