Recientemente, un equipo de académicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, liderado por el profesor Dong Chunhua y su colaborador Zou Changling de la Universidad de Guo Guangcan, propuso 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 de un peine de frecuencias ópticas. Este mecanismo se aplicó a la medición de precisión de la longitud de onda óptica, logrando una exactitud de medición que alcanzó el rango de los kilohercios (kHz). Los hallazgos fueron publicados en Nature Communications.
Los micropeines de solitones basados en microcavidades ópticas han despertado un gran interés en la investigación en los campos de la espectroscopia de precisión y los relojes ópticos. Sin embargo, debido a la influencia del ruido ambiental y del láser, así como a los efectos no lineales adicionales en la microcavidad, la estabilidad del micropeine de solitones se ve considerablemente limitada, lo que supone un obstáculo importante para su aplicación práctica en condiciones de baja luminosidad. En trabajos anteriores, se estabilizaba y controlaba el peine de frecuencias ópticas mediante el control del índice de refracción del material o la geometría de la microcavidad para obtener una retroalimentación en tiempo real. Esto provocaba cambios casi uniformes en todos los modos de resonancia de la microcavidad simultáneamente, pero impedía controlar de forma independiente la frecuencia y la repetición del peine. Esta limitación restringe considerablemente la aplicación del peine de baja luminosidad en aplicaciones prácticas como la espectroscopia de precisión, el análisis de fotones de microondas y la medición de distancias ópticas.
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 de frecuencias ópticas. Mediante la introducción de dos métodos distintos de control de la dispersión de la microcavidad, el equipo puede controlar de forma independiente la dispersión de diferentes órdenes de microcavidad, logrando así un control total de las distintas frecuencias de los dientes del peine de frecuencias ópticas. Este mecanismo de regulación de la dispersión es universal y aplicable a diversas plataformas fotónicas integradas, como las de nitruro de silicio y niobato de litio, las cuales han sido 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 frecuencias. Basándose en el peine óptico, el equipo demostró una regulación rápida y programable de frecuencias arbitrarias y la aplicó a la medición precisa de la longitud de onda, demostrando un medidor de longitud de onda con una precisión del orden de los 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 representa una mejora de tres órdenes de magnitud.
Los micropeines de solitones reconfigurables demostrados en este resultado de investigación sientan las bases para la realización de estándares de frecuencia óptica de bajo costo integrados en chips, que se aplicarán en mediciones de precisión, relojes ópticos, espectroscopia y comunicaciones.
Fecha de publicación: 26 de septiembre de 2023