Akurasi pengukuran panjang gelombang berada pada orde kilohertz

Baru-baru ini dipelajari dari Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok, tim akademisi Universitas Guo Guangcan Profesor Dong Chunhua dan kolaborator Zou Changling mengusulkan mekanisme kontrol dispersi rongga mikro universal, untuk mencapai kontrol independen waktu nyata dari frekuensi pusat sisir frekuensi optik dan frekuensi pengulangan, dan diterapkan pada pengukuran presisi panjang gelombang optik, akurasi pengukuran panjang gelombang meningkat menjadi kilohertz (kHz). Temuan tersebut dipublikasikan di Nature Communications.
Sisir mikro soliton yang berbasis rongga mikro optik telah menarik minat penelitian yang besar di bidang spektroskopi presisi dan jam optik. Namun, karena pengaruh kebisingan lingkungan dan laser serta efek nonlinier tambahan di rongga mikro, stabilitas sisir mikro soliton sangat terbatas, yang menjadi kendala utama dalam penerapan praktis sisir tingkat cahaya rendah. Dalam pekerjaan 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 dalam semua mode resonansi di rongga mikro pada saat yang sama, tidak memiliki kemampuan untuk mengendalikan frekuensi dan pengulangan sisir secara independen. Hal ini sangat membatasi penerapan sisir cahaya rendah dalam adegan praktis spektroskopi presisi, foton gelombang mikro, pengukuran jarak optik, dll.

Untuk mengatasi masalah ini, tim peneliti mengusulkan mekanisme fisik baru untuk mewujudkan regulasi independen waktu nyata dari 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 yang berbeda dari sisir frekuensi optik. Mekanisme regulasi dispersi ini bersifat universal untuk berbagai platform fotonik terintegrasi seperti silikon nitrida dan litium niobat, yang telah dipelajari secara luas.

Tim peneliti menggunakan laser pemompa dan laser tambahan untuk secara independen mengendalikan mode spasial dari berbagai orde rongga mikro untuk mewujudkan stabilitas adaptif frekuensi mode pemompaan dan pengaturan independen frekuensi pengulangan sisir frekuensi. Berdasarkan sisir optik, tim peneliti menunjukkan pengaturan cepat dan terprogram dari frekuensi sisir sembarang dan menerapkannya pada pengukuran presisi panjang gelombang, menunjukkan pengukur gelombang dengan akurasi pengukuran orde kilohertz dan kemampuan untuk mengukur beberapa panjang gelombang secara bersamaan. Dibandingkan dengan hasil penelitian sebelumnya, akurasi pengukuran yang dicapai oleh tim peneliti telah mencapai peningkatan tiga orde besaran.

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