芯片上更亮的梳状激光器意味着新的应用
研究人员表明，耗散克尔孤子(DKS)可用于创建基于芯片的光学频率梳，具有足够的输出功率，可用于光学原子钟和其他实际应用。这一进步可能会导致基于芯片的仪器能够进行以前只有少数专业实验室才能实现的精确测量。
NIST/马里兰大学联合量子研究所的 Grégory Moille 将于 2023 年 10 月 9 日至12 日在塔科马(大西雅图)的大塔科议中心举行的光学 + 激光科学前沿 ( FiO LS ) 上展示这项研究区)，华盛顿。
“频率梳在计量学中无处不在 - 就像尺子测量长度一样，它们让我们能够非常精确地测量光频率，”莫伊尔说。“将它们制作在芯片上有助于我们大大降低功耗，但也降低了每个梳齿的功率。这使得片上梳很难与原子频率标准等其他系统连接。我们证明，通过简单地在梳状装置中小心地注入另一束弱激光，我们就可以调整系统，从而将几个梳齿功率的功率优化超过一个数量级。”
光学频率梳发射一系列连续的短而紧密间隔的光脉冲，其中包含数百万种颜色，可用于测量光波，就像测量电波一样。这使得原子钟、计算机和通信等技术能够与光波相连接，光波的振荡频率比电子产品中的频率高 10,000 倍。
虽然传统的光学频率梳是使用锁模激光器生成的，而这往往仅限于高端科学实验室，但最近已经有工作使用基于 DKS 的紧凑型芯片级微谐振器来开发光学频率梳。DKS 是依赖于非线性和色散以及耗散和增益的双重平衡的光包。尽管基于 DKS 的光梳消耗的能量非常少，但它们也无法产生足够的输出功率来发挥作用。
在这项新工作中，研究人员利用新提出的克尔诱导的克尔孤子同步与外部稳定激光参考来产生具有更高功率水平的光学频率梳。这使得参考激光梳状光谱另一侧的功率大幅增加。
研究人员从理论上和实验上证明，193 THz 的外部参考泵可以对倍频程梳的重复率进行调整。这使得能够以优化其功率的方式调整色散波处梳齿的相位匹配条件。除了与 DKS 核心鲁棒性直接相关的自平衡效应之外，它们在 388 THz 梳齿下的功率增加了 15 倍以上。
“我们只是触及了可以执行的优化的表面，”Moille 解释道。“我们尚未达到此优化的功率限制，希望达到与我们的梳子直接与其他系统连接兼容的功率水平”
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