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科学家用微谐振腔储存连续激光获得频率梳

2016-01-18 00:21
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  瑞士国家科学基金会资助的研究人员做出了一个基于芯片的小型设备,这种设备可以产生频率间隔具有梳状形式的激光信号。他们的这项研究工作可以应用在电信行业和化学分析上。

  在一般情况下,光、水波从它们的来源开始,随着它们自身的移动距离越远都会变得伸展并最终会消散。然而,有一种类型的波,当这种波传播时它会一直维持着其形状:孤子。

  由瑞士国家科学基金会(SNSF)资助的研究人员已经成功采用微谐振腔产生光孤子,也就是可以保留形状的光波。光孤子包含一系列频率间隔严格相等的频率梳,因为它类似于日常用的梳子的齿之间间距。

  为了产生孤子,研究人员在洛桑联邦理工学院和位于莫斯科的俄罗斯量子中心已经使用微谐振腔。“这些微小的环状结构是由很细的氮化硅制成,” 洛桑联邦理工学院(EPFL)的组长托拜厄斯基彭贝格解释说。“它们是能够存储几纳秒耦合到其中的激光。这一段时间是足以使光在谐振腔中循环几千次并聚集,大大增加了光的强度。“微谐振腔和光之间的相互作用变为非线性的。这样通常的连续光激光,被转换成超短脉冲:孤子。

  通过调整微谐振腔的参数,EPFL的研究者还设法产生一种所谓的孤子切伦科夫辐射。这就扩大了频谱:频率梳就会包含更大数量的梳齿。这篇发表在《科学》杂志上的文章,其研究结果创下这种结构类型的新的记录。现在,产生的频率与激光的频率相比,频率延伸超过三分之二个倍频程。

  “这些结果代表了将来对于需要多个频率相隔很远的光的应用有了很好的前景” 基彭贝格说。在光通信中,单个激光就可足以产生一系列单独的频率,分别携带不同的信息。化学光谱学和原子计时也是其潜在的应用领域。 “我们已经申请了专利,因为这将会有潜在的进一步的技术发展,” 基彭贝格说。

  频率梳,是由西奥多汉施和约翰·霍尔团队发现的,这也为他们在2005年赢得了诺贝尔物理奖,且一般都采用非常大的激光器产生的。“利用小芯片产生光学频率梳的这种能力代表了一个有趣的未来发展,将使它们更加人性化,”托拜厄斯基彭贝格说。

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