微環(huán)設(shè)備能將連續(xù)激光轉(zhuǎn)化為“光梳” 有助于研究光梳產(chǎn)生過程的物理學(xué)原理
據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國普渡大學(xué)和國家標準與技術(shù)研究院（NIST）的科學(xué)家攜手研制出了一塊能將連續(xù)激光轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅砍堂}沖的微環(huán)高頻設(shè)備，這塊設(shè)備小巧到能安裝在一塊計算機芯片上，有望應(yīng)用于高級傳感器、通訊系統(tǒng)和實驗室設(shè)備中。
他們研制出的這塊“微環(huán)諧振器”寬約80微米（與人的一根頭發(fā)絲差不多），由氮化硅（可與電子設(shè)備內(nèi)廣泛使用的硅材料兼容）構(gòu)建而成。
普渡大學(xué)電子與計算機工程學(xué)院的教授安德魯·維尼解釋道，連續(xù)波激光器——單頻激光器是一種非常普通的激光器，可發(fā)出強度始終不變的激光，其發(fā)出的紅外光通過一根光纖進入芯片，隨后被波導(dǎo)引導(dǎo)入該微環(huán)設(shè)備中，并被轉(zhuǎn)化為包含多種頻率的高頻脈沖，其頻率范圍為每秒數(shù)千億次。這些不同頻率的高頻脈沖被稱為“梳狀線”，因為當它們出現(xiàn)在一個圖形中時，就像梳子上的梳齒。
維尼表示，這種微環(huán)光梳生成器可與能產(chǎn)生多個頻率和短脈沖的鎖模激光器相媲美，不過，微環(huán)設(shè)備的優(yōu)勢在于它非常小巧。
激光在微環(huán)內(nèi)會遇到“非線性交互作用”，產(chǎn)生新頻率的光梳，并可通過另一條光纖從該設(shè)備中發(fā)射而出。科學(xué)家們表示：“對于光梳的產(chǎn)生來說，這種非線性非常關(guān)鍵。利用非線性，我們能獲得擁有很多頻率的光梳，其中包括起源光的頻率，其余則是微環(huán)中產(chǎn)生的新的頻率。”
科學(xué)家們希望，能通過精確控制得到光梳的頻率，制造出可有效探測有害物質(zhì)或污染物的高級光學(xué)傳感器、用于實驗室研究的超靈敏分光鏡以及基于光子學(xué)的能傳遞大量信息的通訊系統(tǒng)，這樣的光學(xué)系統(tǒng)不僅能傳遞更高質(zhì)量的信息，也可以增加其帶寬。另外，這種光梳技術(shù)也可用于新一代高帶寬電子信號中，在無線通訊和雷達領(lǐng)域找到用武之地。
盡管此前已有其他科研團隊演示過這種光梳生成技術(shù)，但最新研究首次使用“光任意波形技術(shù)”對這些頻率進行了處理。維尼是“光任意波形技術(shù)”領(lǐng)域的領(lǐng)先者?？茖W(xué)家們能控制每個光譜線（光譜鑷制機或分光計在焦平面上捕捉到的狹長狀圖形）的波幅和相位，從而了解到存在兩類光梳——“高相干”和“部分相干”，為研究這一過程的物理學(xué)原理開辟了新方向。
科學(xué)家們表示，接下來，他們希望能提取單個光梳線的相位，從而為研究光梳產(chǎn)生過程的物理學(xué)原理提供線索，此外也希望制造出可商用的有正確頻率的設(shè)備。
來源：科技日報 編輯：馮媛