芯片制成的光学频率梳实现减少功率损耗

2023-09-01 09:30

近日，来自NIST／马里兰大学联合量子研究所的Grégory Moille证明，可利用耗散克尔孤子制造出基于芯片具有足够输出功率的光学频率梳，用于光学原子钟和其他实际应用。该研究成果将在FiO LS上发表，并于23年10月9日到12日在华盛顿州塔科马市的大塔科马会议中心举行会议。

这项研发成果使得原先只能在少数专业实验室实现的精密测量，在基于芯片的仪器中也能执行。光学频率梳是在频谱上由一系列均匀间隔且具有相干稳定相位关系的频率分量组成的光谱，这些离散的、等间距频率的光谱就像梳子一样，在计时、测距、微波合成和光谱学等领域有着重要应用。将它们制作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。这使得芯片上梳齿很难与原子频率标准等其他系统连接。该研究表明，只需在梳齿装置中注入另一束弱激光，就能对系统进行调整，从而将几个梳齿的功率优化一个数量级以上。研发人员表示，目前他们重点利用基于DKS的小型芯片级微谐振器开发光学频率梳，传统的、成熟的方式是基于锁模激光器实现的光学频率梳。

耗散孤子是一种高啁啾脉冲，在正常色散区下可以容纳巨大的脉冲能量。由于耗散孤子具有线性啁啾特性，易于被压缩和拉伸，因此它是一种理想的种子源。尽管基于DKS的光学频率梳的能耗很低，但输出功率却不足。

在最新的研究成果中，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方法。其结果是，参考激光在梳状光谱另一侧的功率明显增加。因此，193THz外部参考泵浦可以通过理论和经验调整倍频程梳的重复率，这样就可以在色散波处调整梳齿的相位匹配条件，使其功率最大化。它们在388THz梳齿处显示出超过15倍的功率提升，以及与DKS核心鲁棒性直接相关的自平衡效应。研究人员表示目前他们只是进行到优化的层面，还没有达到这种优化功率的极限。