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波長測量精度實現(xiàn)千赫茲量級 將應(yīng)用于光學(xué)波長精密測量
【化工機械設(shè)備網(wǎng) 技術(shù)前沿】隨著科學(xué)的發(fā)展進步，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，波長則是一個重要的參量，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光頻率都是一致的振蕩，會產(chǎn)生具有一致定時的孤子脈沖。這種頻率梳子的每個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)有可能增強無數(shù)技術(shù)，包括用于GPS系統(tǒng)、電信、自動駕駛汽車、溫室氣體跟蹤、航天器自主性和超精確計時等。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，這成為微光梳在實際應(yīng)用中的一個主要障礙。
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現(xiàn)實時反饋，從而穩(wěn)定并調(diào)控光頻梳，這種方法會引起微腔內(nèi)所有共振模式同時近乎均勻的變化，缺乏獨立調(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)郭光燦院士團隊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)控機制，通過引入兩種不同的微腔色散調(diào)控手段，該團隊能夠?qū)ξ⑶徊煌A次的色散進行獨立控制，從而實現(xiàn)光頻梳不同梳齒頻率的全部控制。這種色散調(diào)控機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。
研究團隊利用泵浦激光和輔助激光分別獨立控制微腔不同階次的空間模式實現(xiàn)了泵浦模式頻率的自適應(yīng)穩(wěn)定和頻梳重復(fù)頻率的獨立調(diào)控。基于該光頻梳，研究團隊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測量能力的波長計。相比于之前的研究成果，研究團隊實現(xiàn)的測量精度達到了三個量級的提高。
該研究成果實現(xiàn)了光頻梳中心頻率和重復(fù)頻率的實時獨立調(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)的孤子微梳也為實現(xiàn)低成本、芯片集成的光學(xué)頻率標準奠定了基礎(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)
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