Recentemente, il team accademico dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina, il professor Dong Chunhua dell'Università di Guo Guangcan, e il suo collaboratore Zou Changling, hanno proposto un meccanismo universale di controllo della dispersione a microcavità per ottenere il controllo indipendente in tempo reale della frequenza centrale del pettine di frequenza ottica e della frequenza di ripetizione. L'applicazione di questo meccanismo alla misurazione di precisione della lunghezza d'onda ottica ha portato l'accuratezza della misurazione della lunghezza d'onda al kilohertz (kHz). I risultati sono stati pubblicati su Nature Communications.
I microcomb solitonici basati su microcavità ottiche hanno suscitato grande interesse nella ricerca nei campi della spettroscopia di precisione e degli orologi ottici. Tuttavia, a causa dell'influenza del rumore ambientale e laser e di ulteriori effetti non lineari nella microcavità, la stabilità del microcomb solitonico è notevolmente limitata, il che rappresenta un ostacolo significativo all'applicazione pratica del pettine a bassa luminosità. In lavori precedenti, gli scienziati hanno stabilizzato e controllato il pettine di frequenza ottica controllando l'indice di rifrazione del materiale o la geometria della microcavità per ottenere un feedback in tempo reale, che ha causato variazioni pressoché uniformi in tutte le modalità di risonanza nella microcavità contemporaneamente, senza la possibilità di controllare in modo indipendente la frequenza e la ripetizione del pettine. Ciò limita notevolmente l'applicazione del pettine a bassa luminosità negli scenari pratici della spettroscopia di precisione, dei fotoni a microonde, della misurazione della distanza ottica, ecc.
Per risolvere questo problema, il team di ricerca ha proposto un nuovo meccanismo fisico per realizzare la regolazione indipendente in tempo reale della frequenza centrale e della frequenza di ripetizione del pettine di frequenza ottica. Introducendo due diversi metodi di controllo della dispersione delle microcavità, il team può controllare in modo indipendente la dispersione di diversi ordini di microcavità, in modo da ottenere il pieno controllo delle diverse frequenze dei denti del pettine di frequenza ottica. Questo meccanismo di regolazione della dispersione è universale per diverse piattaforme fotoniche integrate come il nitruro di silicio e il niobato di litio, ampiamente studiate.
Il team di ricerca ha utilizzato il laser di pompaggio e il laser ausiliario per controllare in modo indipendente le modalità spaziali di diversi ordini della microcavità, al fine di ottenere la stabilità adattiva della frequenza della modalità di pompaggio e la regolazione indipendente della frequenza di ripetizione del pettine di frequenza. Basandosi sul pettine ottico, il team di ricerca ha dimostrato una regolazione rapida e programmabile di frequenze arbitrarie del pettine e l'ha applicata alla misurazione di precisione della lunghezza d'onda, realizzando un ondametro con una precisione di misura dell'ordine del kilohertz e la capacità di misurare più lunghezze d'onda simultaneamente. Rispetto ai risultati delle ricerche precedenti, la precisione di misura raggiunta dal team di ricerca ha raggiunto un miglioramento di tre ordini di grandezza.
I microcomb solitonici riconfigurabili dimostrati in questa ricerca pongono le basi per la realizzazione di standard di frequenza ottica a basso costo, integrati nei chip, che saranno applicati nella misurazione di precisione, nell'orologio ottico, nella spettroscopia e nella comunicazione.
Data di pubblicazione: 26 settembre 2023