波長測量精度實(shí)現(xiàn)千赫茲量級

  ICC訊 記者16日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)董春華教授及合作者鄒長鈴等提出一種普適的微腔色散調(diào)控機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了光頻梳中心頻率和重復(fù)頻率的實(shí)時(shí)獨(dú)立調(diào)控，并應(yīng)用于光學(xué)波長的精密測量，將波長的測量精度提升到千赫茲（kHz）。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《自然通訊》上。

  基于光學(xué)微腔的孤子微梳在精密光譜學(xué)、光鐘等領(lǐng)域引起了極大研究興趣。但由于環(huán)境和激光噪聲以及微腔中額外非線性效應(yīng)的影響，孤子微梳的穩(wěn)定性受到了很大限制，這成為微光梳在實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)主要障礙。之前的工作中，科學(xué)家們通過控制材料的折射率或者微腔的幾何尺寸以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋，從而穩(wěn)定并調(diào)控光頻梳，這種方法會引起微腔內(nèi)所有共振模式同時(shí)近乎均勻的變化，缺乏獨(dú)立調(diào)控梳齒頻率和重復(fù)頻率的能力，這大大限制了微光梳在精密光譜、微波光子、光學(xué)測距等實(shí)際場景中的應(yīng)用。

  針對這一難題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新的物理機(jī)制實(shí)現(xiàn)了對于光頻梳中心頻率和重復(fù)頻率的獨(dú)立實(shí)時(shí)調(diào)控。通過引入兩種不同的微腔色散調(diào)控手段，該團(tuán)隊(duì)能夠?qū)ξ⑶徊煌A次的色散進(jìn)行獨(dú)立控制，從而實(shí)現(xiàn)光頻梳不同梳齒頻率的全部控制。這種色散調(diào)控機(jī)制對于目前廣泛研究的氮化硅、鈮酸鋰等不同的集成光子平臺都是普適的。

  研究團(tuán)隊(duì)利用泵浦激光和輔助激光分別獨(dú)立控制微腔不同階次的空間模式實(shí)現(xiàn)了泵浦模式頻率的自適應(yīng)穩(wěn)定和頻梳重復(fù)頻率的獨(dú)立調(diào)控。基于該光頻梳，研究團(tuán)隊(duì)演示了對于任意梳齒頻率的快速、可編程的調(diào)控，并將其應(yīng)用于波長的精密測量中，展示了具有千赫茲量級測量精度和多波長同時(shí)測量能力的波長計(jì)。相比于之前的研究成果，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)的測量精度達(dá)到了三個(gè)量級的提高。

  該研究成果所展示的可重構(gòu)的孤子微梳為實(shí)現(xiàn)低成本、芯片集成的光學(xué)頻率標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)，將在精密測量、光鐘、光譜學(xué)及通信等領(lǐng)域得到應(yīng)用。