Nyligen har professor Dong Chunhua, ett akademikerteam vid Kinas universitet för vetenskap och teknik, och en medarbetare från Guo Guangcans universitet, tillsammans med Zou Changling föreslagit en universell mekanism för kontroll av mikrokavitetsdispersion för att uppnå oberoende kontroll i realtid av kammens mittfrekvens och repetitionsfrekvens för den optiska frekvensen. Genom att tillämpa precisionsmätningen av den optiska våglängden ökar mätnoggrannheten till kilohertz (kHz). Resultaten publicerades i Nature Communications.
Soliton-mikrokammar baserade på optiska mikrokaviteter har väckt stort forskningsintresse inom precisionsspektroskopi och optiska klockor. På grund av påverkan av miljö- och laserbrus samt ytterligare ickelinjära effekter i mikrokaviteten är dock soliton-mikrokammens stabilitet kraftigt begränsad, vilket blir ett stort hinder i den praktiska tillämpningen av kammen för låg ljusnivå. I tidigare arbete stabiliserade och kontrollerade forskarna den optiska frekvenskammen genom att kontrollera materialets brytningsindex eller mikrokavitetens geometri för att uppnå realtidsåterkoppling, vilket orsakade nästan enhetliga förändringar i alla resonanslägen i mikrokaviteten samtidigt, utan möjligheten att oberoende kontrollera kammens frekvens och repetition. Detta begränsar kraftigt tillämpningen av kammen för låg ljusnivå i praktiska miljöer som precisionsspektroskopi, mikrovågsfotoner, optisk avståndsmätning etc.
För att lösa detta problem föreslog forskargruppen en ny fysisk mekanism för att realisera oberoende realtidsreglering av centerfrekvensen och repetitionsfrekvensen för den optiska frekvenskammen. Genom att introducera två olika metoder för kontroll av mikrokavitetsdispersion kan teamet oberoende styra dispersionen av olika ordningar av mikrokavitet, för att uppnå full kontroll över olika tandfrekvenser i den optiska frekvenskammen. Denna dispersionsregleringsmekanism är universell för olika integrerade fotoniska plattformar såsom kiselnitrid och litiumniobat, vilka har studerats i stor utsträckning.
Forskargruppen använde pumplasern och hjälplasern för att oberoende styra de rumsliga moderna för olika ordningar i mikrokaviteten för att uppnå adaptiv stabilitet hos pumpfrekvensen och oberoende reglering av frekvenskammens repetitionsfrekvens. Baserat på den optiska kammen demonstrerade forskargruppen snabb, programmerbar reglering av godtyckliga kamfrekvenser och tillämpade den för precisionsmätning av våglängd, vilket demonstrerade en vågmätare med en mätnoggrannhet i storleksordningen kilohertz och förmågan att mäta flera våglängder samtidigt. Jämfört med tidigare forskningsresultat har den mätnoggrannhet som forskargruppen uppnått nått en förbättring på tre storleksordningar.
De omkonfigurerbara soliton-mikrokamrarna som demonstrerats i detta forskningsresultat lägger grunden för förverkligandet av billiga, chipintegrerade optiska frekvensstandarder, vilka kommer att tillämpas inom precisionsmätning, optisk klocka, spektroskopi och kommunikation.
Publiceringstid: 26 sep-2023