Akurasi pengukuran panjang gelombang berada dalam orde kilohertz

Baru-baru ini, tim akademisi Universitas Guo Guangcan, Profesor Dong Chunhua, dan kolaborator Zou Changling, yang baru-baru ini dipelajari dari Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok, mengusulkan mekanisme kontrol dispersi rongga mikro universal untuk mencapai kontrol independen waktu nyata dari frekuensi pusat sisir frekuensi optik dan frekuensi pengulangan. Dengan penerapannya pada pengukuran presisi panjang gelombang optik, akurasi pengukuran panjang gelombang meningkat hingga kilohertz (kHz). Temuan ini dipublikasikan di Nature Communications.
Mikrosisir soliton berbasis rongga mikro optik telah menarik minat penelitian yang besar di bidang spektroskopi presisi dan jam optik. Namun, karena pengaruh derau lingkungan dan laser serta efek nonlinier tambahan dalam rongga mikro, stabilitas mikrosisir soliton sangat terbatas, yang menjadi kendala utama dalam aplikasi praktis sisir tingkat cahaya rendah. Dalam penelitian sebelumnya, para ilmuwan menstabilkan dan mengendalikan sisir frekuensi optik dengan mengendalikan indeks bias material atau geometri rongga mikro untuk mencapai umpan balik waktu nyata, yang menyebabkan perubahan yang hampir seragam di semua mode resonansi dalam rongga mikro secara bersamaan, sehingga tidak memiliki kemampuan untuk mengendalikan frekuensi dan pengulangan sisir secara independen. Hal ini sangat membatasi aplikasi sisir cahaya rendah dalam praktik spektroskopi presisi, foton gelombang mikro, pengukuran jarak optik, dll.

Untuk mengatasi masalah ini, tim peneliti mengusulkan mekanisme fisik baru untuk mewujudkan regulasi independen secara real-time terhadap frekuensi pusat dan frekuensi pengulangan sisir frekuensi optik. Dengan memperkenalkan dua metode kontrol dispersi rongga mikro yang berbeda, tim dapat secara independen mengontrol dispersi berbagai orde rongga mikro, sehingga mencapai kontrol penuh terhadap frekuensi gigi sisir frekuensi optik yang berbeda. Mekanisme regulasi dispersi ini bersifat universal untuk berbagai platform fotonik terintegrasi seperti silikon nitrida dan litium niobat, yang telah banyak diteliti.

Tim peneliti menggunakan laser pemompa dan laser bantu untuk mengendalikan mode spasial pada berbagai orde rongga mikro secara independen guna mencapai stabilitas adaptif frekuensi mode pemompaan dan pengaturan frekuensi pengulangan sisir frekuensi secara independen. Berdasarkan sisir optik, tim peneliti mendemonstrasikan pengaturan frekuensi sisir sembarang yang cepat dan terprogram, serta menerapkannya pada pengukuran presisi panjang gelombang. Hasilnya adalah sebuah wavemeter dengan akurasi pengukuran hingga orde kilohertz dan kemampuan untuk mengukur beberapa panjang gelombang secara bersamaan. Dibandingkan dengan hasil penelitian sebelumnya, akurasi pengukuran yang dicapai oleh tim peneliti telah meningkat tiga kali lipat.

Mikrosisir soliton yang dapat dikonfigurasi ulang yang ditunjukkan dalam hasil penelitian ini meletakkan dasar bagi realisasi standar frekuensi optik terintegrasi chip berbiaya rendah, yang akan diterapkan dalam pengukuran presisi, jam optik, spektroskopi, dan komunikasi.