【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊在微腔光學(xué)頻率梳的研究方面取得重要進展。該團隊董春華教授及合作者鄒長鈴等人提出一種普適的微腔色散調(diào)控機制，實現(xiàn)了光頻梳中心頻率和重復(fù)頻率的實時獨立調(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kHz量級。相關(guān)研究成果1月12日發(fā)表在Nature Communications上。
近年來，基于光學(xué)微腔的孤子微梳在精密光譜學(xué)、光鐘、微波光子學(xué)、天文學(xué)等領(lǐng)域引起了極大的研究興趣。然而，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)定性受到了很大的限制，這成為微光梳在實際應(yīng)用中的一個主要障礙。在之前的工作中，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現(xiàn)實時反饋，從而穩(wěn)定并調(diào)控光頻梳，這種方法會引起微腔內(nèi)所有共振模式同時近乎均勻的變化，缺乏獨立調(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)測距等實際場景中的應(yīng)用。
針對這一難題，研究團隊提出了一種新的物理機制實現(xiàn)了對于光頻梳中心頻率和重復(fù)頻率的獨立實時調(diào)控。通過引入兩種不同的微腔色散調(diào)控手段，該團隊能夠?qū)ξ⑶徊煌A次的色散進行獨立控制，從而實現(xiàn)光頻梳不同梳齒頻率的全部控制。這種色散調(diào)控機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。
在實驗中，該團隊利用泵浦激光和輔助激光分別獨立控制微腔不同階次的空間模式實現(xiàn)了泵浦模式頻率的自適應(yīng)穩(wěn)定和頻梳重復(fù)頻率的獨立調(diào)控。基于該光頻梳，研究團隊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kHz量級測量精度和多波長同時測量能力的波長計。相比于之前的研究成果，研究團隊實現(xiàn)的測量精度達到了三個量級的提高。本研究成果所展示的可重構(gòu)的孤子微梳為實現(xiàn)低成本、芯片集成的光學(xué)頻率標準奠定了基礎(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。
(a-c)可重構(gòu)微腔光頻梳原理示意圖。 (d)波長計的性能演示。
中科院量子信息重點實驗室博士后牛睿、特任副研究員李明為論文共同第一作者，董春華教授、鄒長鈴教授為論文通訊作者。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委員會、中科院、量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心等的支持。(中科院量子信息重點實驗室、中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、物理學(xué)院、科研部)
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