Πρόσφατα, από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας, η ακαδημαϊκή ομάδα του Πανεπιστημίου Guo Guangcan, Καθηγητής Dong Chunhua και ο συνεργάτης του Zou Changling, πρότειναν έναν καθολικό μηχανισμό ελέγχου διασποράς μικροκοιλοτήτων, για την επίτευξη ανεξάρτητου ελέγχου σε πραγματικό χρόνο της συχνότητας του κέντρου της οπτικής συχνότητας και της συχνότητας επανάληψης, και εφαρμόζοντάς τον στην ακριβή μέτρηση του οπτικού μήκους κύματος, η ακρίβεια της μέτρησης του μήκους κύματος αυξήθηκε σε kilohertz (kHz). Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο Nature Communications.
Οι μικροκυψέλες σολιτονίου που βασίζονται σε οπτικές μικροκοιλότητες έχουν προσελκύσει μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον στους τομείς της φασματοσκοπίας ακριβείας και των οπτικών ρολογιών. Ωστόσο, λόγω της επίδρασης του περιβαλλοντικού θορύβου και του θορύβου λέιζερ και πρόσθετων μη γραμμικών επιδράσεων στη μικροκοιλότητα, η σταθερότητα της μικροκυψέλης σολιτονίου είναι πολύ περιορισμένη, γεγονός που αποτελεί σημαντικό εμπόδιο στην πρακτική εφαρμογή της χτένας χαμηλού επιπέδου φωτός. Σε προηγούμενες εργασίες, οι επιστήμονες σταθεροποίησαν και έλεγξαν τη χτένα οπτικής συχνότητας ελέγχοντας τον δείκτη διάθλασης του υλικού ή τη γεωμετρία της μικροκοιλότητας για να επιτύχουν ανάδραση σε πραγματικό χρόνο, η οποία προκάλεσε σχεδόν ομοιόμορφες αλλαγές σε όλες τις λειτουργίες συντονισμού στη μικροκοιλότητα ταυτόχρονα, χωρίς την ικανότητα να ελέγχουν ανεξάρτητα τη συχνότητα και την επανάληψη της χτένας. Αυτό περιορίζει σημαντικά την εφαρμογή της χτένας χαμηλού φωτός στις πρακτικές σκηνές της φασματοσκοπίας ακριβείας, των φωτονίων μικροκυμάτων, της οπτικής μέτρησης κ.λπ.
Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, η ερευνητική ομάδα πρότεινε έναν νέο φυσικό μηχανισμό για την πραγματοποίηση της ανεξάρτητης ρύθμισης σε πραγματικό χρόνο της κεντρικής συχνότητας και της συχνότητας επανάληψης της οπτικής χτένας συχνότητας. Εισάγοντας δύο διαφορετικές μεθόδους ελέγχου διασποράς μικροκοιλοτήτων, η ομάδα μπορεί να ελέγχει ανεξάρτητα τη διασπορά διαφορετικών τάξεων μικροκοιλοτήτων, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται πλήρης έλεγχος των διαφορετικών συχνοτήτων των δοντιών της οπτικής χτένας συχνότητας. Αυτός ο μηχανισμός ρύθμισης της διασποράς είναι καθολικός σε διαφορετικές ολοκληρωμένες φωτονικές πλατφόρμες όπως το νιτρίδιο του πυριτίου και το νιοβικό λίθιο, οι οποίες έχουν μελετηθεί εκτενώς.
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε το λέιζερ άντλησης και το βοηθητικό λέιζερ για να ελέγξει ανεξάρτητα τις χωρικές λειτουργίες διαφορετικών τάξεων της μικροκοιλότητας, ώστε να επιτευχθεί η προσαρμοστική σταθερότητα της συχνότητας λειτουργίας άντλησης και η ανεξάρτητη ρύθμιση της συχνότητας επανάληψης της χτένας συχνότητας. Με βάση την οπτική χτένα, η ερευνητική ομάδα επέδειξε γρήγορη, προγραμματιζόμενη ρύθμιση αυθαίρετων συχνοτήτων χτένας και την εφάρμοσε στην ακριβή μέτρηση του μήκους κύματος, επιδεικνύοντας ένα κυματομετρητή με ακρίβεια μέτρησης της τάξης των kilohertz και την ικανότητα μέτρησης πολλαπλών μηκών κύματος ταυτόχρονα. Σε σύγκριση με τα προηγούμενα ερευνητικά αποτελέσματα, η ακρίβεια μέτρησης που πέτυχε η ερευνητική ομάδα έχει φτάσει σε βελτίωση τριών τάξεων μεγέθους.
Οι αναδιαμορφώσιμες μικροκυψέλες σολιτονίου που παρουσιάζονται σε αυτό το ερευνητικό αποτέλεσμα θέτουν τα θεμέλια για την υλοποίηση χαμηλού κόστους, ενσωματωμένων σε τσιπ οπτικών προτύπων συχνότητας, τα οποία θα εφαρμοστούν σε μετρήσεις ακριβείας, οπτικό ρολόι, φασματοσκοπία και επικοινωνία.
Ώρα δημοσίευσης: 26 Σεπτεμβρίου 2023