Recientemente, el profesor Dong Chunhua, del equipo académico de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, y su colaborador Zou Changling, de la Universidad de Guo Guangcan, propusieron un mecanismo universal de control de dispersión de microcavidades para lograr el control independiente en tiempo real de la frecuencia central y la frecuencia de repetición del peine de frecuencia óptica. Aplicado a la medición precisa de la longitud de onda óptica, la precisión de la medición de la longitud de onda aumentó a kilohercios (kHz). Los hallazgos se publicaron en Nature Communications.
Los micropeines de solitones basados en microcavidades ópticas han despertado gran interés en la investigación de espectroscopia de precisión y relojes ópticos. Sin embargo, debido a la influencia del ruido ambiental y láser, así como a otros efectos no lineales en la microcavidad, la estabilidad del micropeine de solitones es muy limitada, lo que supone un importante obstáculo para su aplicación práctica en condiciones de baja luminosidad. En trabajos previos, los científicos estabilizaron y controlaron el peine de frecuencia óptica mediante el control del índice de refracción del material o la geometría de la microcavidad para lograr retroalimentación en tiempo real. Esto provocó cambios casi uniformes en todos los modos de resonancia de la microcavidad simultáneamente, sin la capacidad de controlar de forma independiente la frecuencia y la repetición del peine. Esto limita considerablemente la aplicación del peine de baja luminosidad en escenarios prácticos de espectroscopia de precisión, fotones de microondas, medición óptica de distancias, etc.
Para resolver este problema, el equipo de investigación propuso un nuevo mecanismo físico que permite la regulación independiente en tiempo real de la frecuencia central y la frecuencia de repetición del peine óptico de frecuencia. Mediante la introducción de dos métodos diferentes de control de dispersión de microcavidades, el equipo puede controlar de forma independiente la dispersión de diferentes órdenes de microcavidades, logrando así un control total de las diferentes frecuencias dentadas del peine óptico de frecuencia. Este mecanismo de regulación de dispersión es universal para diversas plataformas fotónicas integradas, como el nitruro de silicio y el niobato de litio, ampliamente estudiadas.
El equipo de investigación utilizó el láser de bombeo y el láser auxiliar para controlar de forma independiente los modos espaciales de diferentes órdenes de la microcavidad, logrando así la estabilidad adaptativa de la frecuencia del modo de bombeo y la regulación independiente de la frecuencia de repetición del peine de frecuencia. Basándose en el peine óptico, el equipo de investigación demostró una regulación rápida y programable de frecuencias de peine arbitrarias y la aplicó a la medición precisa de la longitud de onda, presentando un medidor de ondas con una precisión de medición del orden de kilohercios y la capacidad de medir múltiples longitudes de onda simultáneamente. En comparación con los resultados de investigaciones anteriores, la precisión de medición alcanzada por el equipo de investigación ha mejorado tres órdenes de magnitud.
Los micropeines solitones reconfigurables demostrados en este resultado de investigación sientan las bases para la realización de estándares de frecuencia óptica integrados en chip y de bajo costo, que se aplicarán en mediciones de precisión, relojes ópticos, espectroscopia y comunicaciones.
Hora de publicación: 26 de septiembre de 2023