Recentemente, il team di ricercatori dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina, composto dal professor Dong Chunhua e dal collaboratore Zou Changling dell'Università di Guo Guangcan, ha proposto un meccanismo universale di controllo della dispersione a microcavità, per ottenere il controllo indipendente in tempo reale della frequenza centrale e della frequenza di ripetizione del pettine di frequenza ottica. Applicando tale meccanismo alla misurazione di precisione della lunghezza d'onda ottica, la precisione della misurazione è stata aumentata fino al kilohertz (kHz). I risultati sono stati pubblicati su Nature Communications.
I microcomb di solitoni basati su microcavità ottiche hanno suscitato grande interesse nella ricerca in ambiti quali la spettroscopia di precisione e gli orologi ottici. Tuttavia, a causa dell'influenza del rumore ambientale e laser, nonché di ulteriori effetti non lineari nella microcavità, la stabilità del microcomb di solitoni risulta fortemente limitata, rappresentando un ostacolo significativo all'applicazione pratica di questi dispositivi a bassa luminosità. Nei lavori precedenti, gli scienziati hanno stabilizzato e controllato il pettine di frequenza ottica agendo sull'indice di rifrazione del materiale o sulla geometria della microcavità per ottenere un feedback in tempo reale. Ciò ha comportato variazioni pressoché uniformi in tutte le modalità di risonanza della microcavità contemporaneamente, senza tuttavia consentire un controllo indipendente della frequenza e della ripetizione del pettine. Questo limita notevolmente l'applicazione di tali dispositivi in contesti pratici quali la spettroscopia di precisione, i fotoni a microonde, la 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 della microcavità, il team può controllare in modo indipendente la dispersione di diversi ordini di microcavità, in modo da ottenere il controllo completo delle diverse frequenze dei denti del pettine di frequenza ottica. Questo meccanismo di regolazione della dispersione è universale per diverse piattaforme fotoniche integrate, come quelle basate su nitruro di silicio e niobato di litio, che sono state 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, realizzando così 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, dimostrando un misuratore di lunghezza d'onda con una precisione di misura dell'ordine dei kilohertz e la capacità di misurare simultaneamente più lunghezze d'onda. Rispetto ai risultati di ricerca precedenti, la precisione di misura raggiunta dal team di ricerca ha raggiunto un miglioramento di tre ordini di grandezza.
I microcomb a solitoni riconfigurabili dimostrati in questo risultato di ricerca pongono le basi per la realizzazione di standard di frequenza ottica integrati su chip a basso costo, che troveranno applicazione nella misurazione di precisione, negli orologi ottici, nella spettroscopia e nelle comunicazioni.
Data di pubblicazione: 26 settembre 2023