NIST科学家扩大了微型光学“梳子”的频率范围

2022-03-01 14:07

美国国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员表示，他们已经将芯片级设备产生和测量光波振荡的频率范围扩大了近三分之二。

他们表示，该设备频率范围扩大后，将有望带来更好的温室气体传感器，也可能改善全球导航系统。

Gregory Moille和他在NIST的同事Kartik Srinivasan，以及联合量子研究所(NIST和马里兰大学的合作研究项目)和马里兰大学的合作者，最近在《自然·通讯》（Nature Communications）上报道了他们的发现。

在过去的20年里，NIST和其他研究机构的科学家们已经证明，这种“微梳”可以在建造高精度光学钟、校准分析恒星光以搜寻太阳系外行星的探测器以及探测环境中的痕量气体方面发挥重要作用。

NIST广泛研究的一种“微梳”由一个微型矩形波导耦合到直径约50微米的环形谐振器组成。注入波导的激光进入微环谐振器并绕环旋转。通常，循环光的振幅开始变化，并能形成不同的图案。然而，通过小心地调整激光，微环内的光会形成一个孤子——一种在环内移动时保持其形状的孤子波脉冲。

每次孤子完成围绕微环的一次往返，一部分脉冲就会分裂并进入波导。很快，一串完整的波脉冲就填满了波导，每个波在时间上与它的邻居以相同的固定时间间隔分开——这是孤子绕微环一圈所花费的时间。

波导中的波脉冲序列对应于一组均匀间隔的频率，并形成频率梳的齿形。齿的数量和振幅主要由环的大小和组成以及激光的功率和频率决定。

NIST的科学家们想知道，如果他们用两束激光制造一个“微梳”会发生什么。结果显示，每束激光会产生不同频率的光，而不是只有一束。他们发现，通过与微环谐振器中循环的孤子光进行一系列复杂的相互作用，第二束激光诱导出了两组新的“牙齿”，或称均匀间隔频率。此外，研究小组发现，通过改变第二束激光的频率，新的“牙齿”组可以很容易地移动到更高或更低的频率，而不受微环谐振器的形状或组成的影响。