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深度解讀

歐洲科學(xué)家利用微諧振器打造全球最小光學(xué)頻率梳

星之球科技 來源:微迷網(wǎng)2019-02-18 我要評論(0 )   

歐洲科學(xué)家利用微諧振器打造全球最小光學(xué)頻率梳圖為微諧振器頻率梳系統(tǒng)(圖片來源:洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Arslan Raja)據(jù)麥姆斯咨詢

歐洲科學(xué)家利用微諧振器打造全球最小光學(xué)頻率梳


歐洲科學(xué)家利用微諧振器打造全球最小光學(xué)頻率梳

圖為微諧振器頻率梳系統(tǒng)

(圖片來源:洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Arslan Raja)

據(jù)麥姆斯咨詢報道,光學(xué)頻率梳(optical frequency combs,OFC)是一種激光光源,其頻譜由一系列分立、均勻間隔的梳狀頻譜線組成,可用于精確測量。在過去的二十年中,它們已成為精密測距、光譜學(xué)和通訊等應(yīng)用領(lǐng)域的主要工具。

大多數(shù)基于鎖模激光器(mode-lock lasers,即通過調(diào)制使激光振蕩不同頻率各縱模之間有確定的相位關(guān)系,以獲得窄脈寬、高峰值功率的超短脈沖激光)的商用光學(xué)頻率梳驅(qū)動源體積大且價格昂貴,這些特征限制了它們在大容量及便攜等應(yīng)用的發(fā)展?jié)摿?。雖然早在2007年就首次出現(xiàn)了使用微諧振器的芯片級光學(xué)頻率梳,但是由于材料損耗高且激發(fā)機制復(fù)雜,完全集成的形式受到了阻礙。

由洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)的Tobias J. Kippenberg和俄羅斯量子中心(Russian Quantum Center)的Michael L. Gorodetsky共同領(lǐng)導(dǎo)的研究小組,目前已利用芯片級磷化銦激光二極管和氮化硅(Si3N4)微諧振器,建立了以88 GHz重復(fù)頻率驅(qū)動的集成孤子微梳(integrated soliton microcomb)。該器件體積僅為1立方厘米,是迄今為止同類裝置中尺寸最小的。

氮化硅(Si3N4)微諧振器是利用獲得專利的光子大馬士革回流焊接工藝制造的,該工藝在集成光子學(xué)中實現(xiàn)了前所未有的低損耗。這些超低損耗波導(dǎo)彌補了芯片級激光二極管與激發(fā)耗散克爾孤子態(tài)所需的功率級之間的差距,而這正是產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的基礎(chǔ)。

該方法使用商用芯片級磷化銦激光器,代替了傳統(tǒng)的大型激光模組。在研究中,由于微諧振器的固有散射,小部分激光會被反射回激光器。這種直接反射有助于穩(wěn)定激光器并產(chǎn)生孤子梳。這表明,諧振腔和激光器可集成在單個芯片上,相比以往的技術(shù)有了獨特的改進。

Kippenberg解釋道:“人們對這種光學(xué)頻率梳驅(qū)動源產(chǎn)生了濃厚的興趣,這種梳驅(qū)動源是光電驅(qū)動的且能夠通過光電學(xué)完全集成來滿足新一代應(yīng)用的需求,特別適用于激光雷達(LiDAR)和數(shù)據(jù)中心的信息處理。這不僅代表了耗散克爾孤子領(lǐng)域的技術(shù)進步,而且還隨著腔體的快速反饋提供了深入了解其非線性動力學(xué)的契機。”

整個系統(tǒng)體積小于1立方厘米,且可實現(xiàn)電氣控制。該研究第一作者、博士生Arslan Sajid解釋道:“這種微梳系統(tǒng)具備結(jié)構(gòu)緊湊、易于調(diào)整、成本低且重復(fù)操作率低等特征,適于大規(guī)模制造應(yīng)用。它的主要優(yōu)點是光反饋速度快,無需有源電子或任何其他片上調(diào)諧機制?!?br />
科學(xué)家們?nèi)缃竦哪繕?biāo)是實現(xiàn)集成型光譜儀和多波長光源,并進一步改進在微波重復(fù)頻率工作的微梳的制造工藝和集成方法。

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