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波長測量精度實(shí)現(xiàn)千赫茲量級 將應(yīng)用于光學(xué)波長精密測量
【化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng) 技術(shù)前沿】隨著科學(xué)的發(fā)展進(jìn)步，光波在科學(xué)發(fā)展的領(lǐng)域中也越來越具有重要的地位，很多儀器裝備都與光波，如廣波給食物加熱、遙控等等，在這些應(yīng)用中我們需要不同波長的光波。在選擇光波時(shí)，波長則是一個(gè)重要的參量，因此對光波波長的測量方法在科學(xué)領(lǐng)域中也是尤為重要。
基于光學(xué)微腔的孤子微梳在精密光譜學(xué)、光鐘等領(lǐng)域引起了極大研究興趣。與我們?nèi)粘Ｉ钪械墓猱a(chǎn)生的混雜頻率不同，被稱為“孤子”頻率梳的特殊光源中的每個(gè)光頻率都是一致的振蕩，會(huì)產(chǎn)生具有一致定時(shí)的孤子脈沖。這種頻率梳子的每個(gè)齒都是不同顏色的光，它們之間間隔非常精確，以至于能用該系統(tǒng)測量各種現(xiàn)象和特征。
目前，正在開發(fā)的這些梳子的小型化版本(稱為微梳子)有可能增強(qiáng)無數(shù)技術(shù)，包括用于GPS系統(tǒng)、電信、自動(dòng)駕駛汽車、溫室氣體跟蹤、航天器自主性和超精確計(jì)時(shí)等。但由于環(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)定性受到了很大限制，這成為微光梳在實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)主要障礙。
在以往的工作中，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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋，從而穩(wěn)定并調(diào)控光頻梳，這種方法會(huì)引起微腔內(nèi)所有共振模式同時(shí)近乎均勻的變化，缺乏獨(dú)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(shí)際場景中的應(yīng)用。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)董春華教授及合作者鄒長鈴等提出一種普適的微腔色散調(diào)控機(jī)制，通過引入兩種不同的微腔色散調(diào)控手段，該團(tuán)隊(duì)能夠?qū)ξ⑶徊煌A次的色散進(jìn)行獨(dú)立控制，從而實(shí)現(xiàn)光頻梳不同梳齒頻率的全部控制。這種色散調(diào)控機(jī)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。
研究團(tuán)隊(duì)利用泵浦激光和輔助激光分別獨(dú)立控制微腔不同階次的空間模式實(shí)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(dú)立調(diào)控?；谠摴忸l梳，研究團(tuán)隊(duì)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，展示了具有千赫茲量級測量精度和多波長同時(shí)測量能力的波長計(jì)。相比于之前的研究成果，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)的測量精度達(dá)到了三個(gè)量級的提高。
該研究成果實(shí)現(xiàn)了光頻梳中心頻率和重復(fù)頻率的實(shí)時(shí)獨(dú)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千赫茲(kHz)。其所展示的可重構(gòu)的孤子微梳也為實(shí)現(xiàn)低成本、芯片集成的光學(xué)頻率標(biāo)準(zhǔn)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。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《自然通訊》上。
(資料來源：科技日報(bào))
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