Kiinan tiede- ja teknologiayliopiston Guo Guangcanin akateemikkotiimi, professori Dong Chunhua ja hänen yhteistyökumppaninsa Zou Changling, esittivät hiljattain yleismaailmallisen mikroonteloiden dispersioiden säätömekanismin, jolla saavutetaan optisen taajuuden kampakeskitaajuuden ja toistotaajuuden reaaliaikainen itsenäinen säätö. Optisen aallonpituuden tarkkuusmittauksessa aallonpituuden mittaustarkkuus nousi kilohertseihin (kHz). Tulokset julkaistiin Nature Communications -lehdessä.
Optisiin mikroonteloihin perustuvat solitoni-mikrokammat ovat herättäneet suurta tutkimuskiinnostusta tarkkuusspektroskopian ja optisten kellojen aloilla. Ympäristön ja laserkohinan sekä muiden mikroonteloon kohdistuvien epälineaaristen vaikutusten vuoksi solitoni-mikrokamman stabiilisuus on kuitenkin huomattavasti rajallinen, mikä on merkittävä este hämäräkamman käytännön sovelluksissa. Aiemmissa töissä tutkijat vakauttivat ja ohjasivat optista taajuuskampaa säätämällä materiaalin taitekerrointa tai mikroontelon geometriaa reaaliaikaisen palautteen saavuttamiseksi, mikä aiheutti lähes tasaisia muutoksia kaikissa mikroontelon resonanssitiloissa samanaikaisesti, eikä kamman taajuutta ja toistumista voida itsenäisesti ohjata. Tämä rajoittaa suuresti hämäräkamman soveltamista käytännön sovelluksissa, kuten tarkkuusspektroskopiassa, mikroaaltofotoneissa, optisessa etäisyysmittauksessa jne.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkimusryhmä ehdotti uutta fysikaalista mekanismia optisen taajuuskamman keskitaajuuden ja toistotaajuuden itsenäisen reaaliaikaisen säätelyn toteuttamiseksi. Ottamalla käyttöön kaksi erilaista mikroonteloiden dispersion säätömenetelmää, ryhmä voi itsenäisesti säätää eriasteisten mikroonteloiden dispersiota ja saavuttaa siten optisen taajuuskamman eri hammastaajuuksien täyden hallinnan. Tämä dispersion säätömekanismi on yleismaailmallinen erilaisille integroiduille fotonisille alustoille, kuten piinitridille ja litiumnibaatille, joita on tutkittu laajasti.
Tutkimusryhmä käytti pumppauslaseria ja apulaseriä ohjatakseen itsenäisesti mikroontelon eri kertaluokkien spatiaalisia tiloja toteuttaakseen pumppausmooditaajuuden adaptiivisen vakauden ja taajuuskamman toistotaajuuden itsenäisen säätelyn. Optisen kamman pohjalta tutkimusryhmä osoitti mielivaltaisten kampataajuuksien nopean ja ohjelmoitavan säätelyn ja sovelsi sitä aallonpituuden tarkkaan mittaukseen. He demonstroivat aaltomittaria, jonka mittaustarkkuus on kilohertsin luokkaa ja kyky mitata useita aallonpituuksia samanaikaisesti. Aiempiin tutkimustuloksiin verrattuna tutkimusryhmän saavuttama mittaustarkkuus on parantunut kolme kertaluokkaa.
Tässä tutkimustuloksessa esitellyt uudelleenkonfiguroitavat solitoni-mikrokombot luovat pohjan edullisten, siruintegroitujen optisten taajuusstandardien toteuttamiselle, joita sovelletaan tarkkuusmittauksissa, optisessa kellossa, spektroskopiassa ja tietoliikenteessä.
Julkaisun aika: 26.9.2023