连体跑道使新型光学设备成为可能
三年前，当我们上次采访加州理工学院的 Kerry Vahala 时，他的实验室最近报告了一种名为交钥匙频率微梳的新型光学设备的开发，该设备可应用于数字通信、精确计时、光谱学，甚至天文学。
该设备在硅晶片上制造，接收一个频率的输入激光，并将其转换为一组均匀间隔的许多不同频率，形成一系列脉冲，其长度可短至 100 飞秒(千万亿分之一秒)。(名字中的梳子来自于像发梳齿一样间隔的频率。)
现在 Vahala(BS '80、MS '81、PhD '85)、加州理工学院信息科学与技术和应用物理学的 Ted 和 Ginger Jenkins 教授以及应用物理和材料科学的执行官，以及他的研究小组和小组的成员加州大学圣塔芭芭拉分校的 John Bowers 博士在一种重要的新材料——超低损耗氮化硅(ULL 氮化物)——一种由硅和氮形成的化合物——中的短脉冲形成方式方面取得了突破。氮化硅被制备成极其纯净并沉积在薄膜中。
原则上，由这种材料制成的短脉冲微梳装置需要非常低的功率来运行。不幸的是，由于色散的特性，短光脉冲(称为孤子)无法在这种材料中正确生成，色散会导致光或其他电磁波根据其频率以不同的速度传播。ULL 具有所谓的正常色散，这会阻止由 ULL 氮化物制成的波导支持微梳操作所需的短脉冲。
在《自然光子学》杂志上发表的一篇论文中，研究人员讨论了他们开发的新型微梳，该微梳通过成对产生脉冲来克服 ULL 氮化物固有的光学限制。这是一项重大进展，因为 ULL 氮化物是采用与制造计算机芯片相同的技术制造的。这种制造技术意味着这些微梳有朝一日可以集成到各种类似于智能手机的手持设备中。
普通微梳最显着的特征是一个小的光学环路，看起来有点像一个微小的跑道。在运行过程中，孤子会自动形成并围绕其循环。
“然而，当这个环由 ULL 氮化物制成时，色散会破坏孤子脉冲的稳定性，”合著者、应用物理学研究生 Ziquan Yuan (MS '21) 说。
将环路想象成一条有汽车的赛道。如果一些汽车行驶得更快，一些汽车行驶得更慢，那么它们在绕轨道行驶时就会分散开来，而不是保持紧密的状态。类似地，ULL的正常色散意味着光脉冲在微梳波导中扩散，并且微梳停止工作。
该团队设计的解决方案是创建多个赛道，将它们配对，使它们看起来有点像八字形。在“8”的中间，两条轨道彼此平行，之间只有很小的间隙。
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