A precisão da medição do comprimento de onda é da ordem de quilohertz

Recentemente, a Universidade de Ciência e Tecnologia da China, formada pelo Professor Dong Chunhua e pelo colaborador Zou Changling, propôs um mecanismo universal de controle de dispersão de microcavidades, para alcançar o controle independente em tempo real da frequência central do pente de frequência óptica e da frequência de repetição. Aplicado à medição de precisão do comprimento de onda óptico, a precisão da medição do comprimento de onda aumentou para quilohertz (kHz). Os resultados foram publicados na Nature Communications.
Microcombos soliton baseados em microcavidades ópticas têm atraído grande interesse em pesquisa nas áreas de espectroscopia de precisão e relógios ópticos. No entanto, devido à influência do ruído ambiental e do laser, além de efeitos não lineares adicionais na microcavidade, a estabilidade do microcombo soliton é bastante limitada, o que se torna um grande obstáculo na aplicação prática do pente de baixa luminosidade. Em trabalhos anteriores, os cientistas estabilizaram e controlaram o pente de frequência óptica controlando o índice de refração do material ou a geometria da microcavidade para obter feedback em tempo real, o que causou mudanças quase uniformes em todos os modos de ressonância na microcavidade ao mesmo tempo, sem a capacidade de controlar independentemente a frequência e a repetição do pente. Isso limita bastante a aplicação do pente de baixa luminosidade em cenários práticos de espectroscopia de precisão, fótons de micro-ondas, alcance óptico, etc.

Para solucionar esse problema, a equipe de pesquisa propôs um novo mecanismo físico para realizar a regulação independente em tempo real da frequência central e da frequência de repetição do pente de frequência óptica. Ao introduzir dois métodos diferentes de controle de dispersão de microcavidades, a equipe pode controlar independentemente a dispersão de diferentes ordens de microcavidades, de modo a obter controle total das diferentes frequências de dente do pente de frequência óptica. Esse mecanismo de regulação de dispersão é universal para diferentes plataformas fotônicas integradas, como nitreto de silício e niobato de lítio, que têm sido amplamente estudadas.

A equipe de pesquisa utilizou o laser de bombeamento e o laser auxiliar para controlar independentemente os modos espaciais de diferentes ordens da microcavidade, a fim de obter a estabilidade adaptativa da frequência do modo de bombeamento e a regulação independente da frequência de repetição do pente de frequência. Com base no pente óptico, a equipe de pesquisa demonstrou uma regulação rápida e programável de frequências arbitrárias do pente e aplicou-a à medição de precisão do comprimento de onda, demonstrando um ondômetro com precisão de medição da ordem de quilohertz e a capacidade de medir múltiplos comprimentos de onda simultaneamente. Em comparação com os resultados de pesquisas anteriores, a precisão de medição alcançada pela equipe de pesquisa atingiu uma melhoria de três ordens de magnitude.

Os microcombs soliton reconfiguráveis ​​demonstrados neste resultado de pesquisa estabelecem a base para a realização de padrões de frequência óptica integrados em chip de baixo custo, que serão aplicados em medição de precisão, relógio óptico, espectroscopia e comunicação.