芯片上更亮的梳状激光器意味着新的应用领域
发布时间：2023-08-30 09:51:23 阅读数： 56
资料来源：Grégory Moille，NIST 联合量子研究所/马里兰大学
研究人员已经证明，耗散克尔孤子（DKSs）可用于制造基于芯片的光学频率梳，其输出功率足以用于光学原子钟和其他实际应用。这一进展可能会导致基于芯片的仪器能够进行以前只有在少数专业实验室才能进行的精确测量。
来自 NIST/马里兰大学联合量子研究所的 Grégory Moille 将在 2023 年 10 月 9 日至 12 日于华盛顿州塔科马（大西雅图地区）大塔科马会议中心举行的 "光学与激光科学前沿"（FiO LS）会议上介绍这项研究。
"Moille说："频梳在计量学中无处不在--就像尺子测量长度一样，频梳让我们能够非常精确地测量光学频率。
"将它们制成芯片有助于我们大大降低其功耗，但同时也降低了每个梳齿的功率。这使得片上梳齿很难与原子频率标准等其他系统连接。我们的研究表明，只需在梳齿装置中小心注入另一种弱激光，就能让我们调整系统，从而将几个梳齿的功率优化一个数量级以上。"
光学频率梳会发出一列连续的、间隔很近的短脉冲光，其中包含数百万种颜色，可用于测量光波，就像测量无线电波一样。这样，原子钟、计算机和通信等技术就可以与光波连接起来，而光波的振荡频率比电子设备中的光波高出 1 万倍。
传统的光频梳是利用锁模激光器产生的，这种激光器往往局限于高端科学实验室，而最近的研究工作则是利用基于 DKS 的紧凑型芯片级微谐振器来开发光频梳。DKS 是一种光包，依赖于非线性和色散以及耗散和增益的双重平衡。虽然基于 DKS 的振荡器能耗极低，但其输出功率却不足以发挥作用。
在这项新工作中，研究人员利用新提出的克尔孤子与外部稳定激光基准同步的克尔诱导技术，制造出了具有更高功率的光学频率梳。这使得梳状频谱另一侧的功率与参考激光器的功率相差甚远。
研究人员通过理论和实验证明，193 太赫兹的外部参考泵浦可以调整倍频程梳的重复率。这样就能在色散波处调整梳齿的相位匹配条件，从而优化其功率。除了与 DKS 核心稳健性直接相关的自平衡效应外，他们还证明 388 THz 梳齿的功率提高了 15 倍以上。
"Moille 解释说："我们只是触及到了可以进行优化的表面。"我们还没有达到这种优化的功率极限，希望能达到与我们的梳齿直接与其他系统接口相匹配的功率水平。
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