Frekvenskamme-integration på chip i sporet

EPFL -forskere har fundet en måde at miniaturisere frekvenskamme, realisere et nyt skridt i retning af miniaturisering af sådanne værktøjer. Deres enhed kan måle lyssvingninger med en præcision på 12 cifre.

En kompakt, præcisionsværktøj til tælling og sporing af laserfrekvenser kan forbedre atomure og optiske datatransmissionsenheder. Imidlertid, lysbølger svinger hundredvis af billioner gange i sekundet, en frekvens, der er umulig at måle direkte. Store pulserende laserkilder bruges typisk til at producere "frekvenskamme", der kan forbinde det optiske domæne med radiofrekvenserne og muliggøre tælling af lyssvingninger. EPFL -forskere har fundet en måde at miniaturisere frekvenskamme, realisere et nyt skridt i retning af miniaturisering af sådanne værktøjer. Deres enhed var i stand til at måle lyssvingninger med en præcision på 12 cifre. Værket er offentliggjort i tidsskriftet Lys:Videnskab og applikationer .

Labias af Tobias J. Kippenberg på EPFL, i et projekt ledet af Victor Brasch og Erwan Lucas, skabt det, der kaldes en "selvrefereret optisk frekvenskam". Dette er i det væsentlige en serie af spektrumlinjer med tæt afstand, hvis afstand er identisk og kendt. Fordi de er så veldefinerede, optiske frekvenskamme kan bruges som en "lineal" til måling af frekvensen - eller farven - på enhver laserstråle. Ved at sammenligne en ukendt farve med denne lineal, det er muligt at beregne dens frekvens. Imidlertid, dette indebærer et kritisk trin kaldet "selvreferencer", en metode, der præcist bestemmer placeringen af ​​hvert enkelt kryds i frekvenslinjalen, men kræver en meget lang lineal - et bredt spektralområde, som forskere siger - hvilket er udfordrende at få.

Selvom optiske frekvenskamme tjente deres opfindere Nobelprisen i fysik i 2005, de krævede stadig omfangsrige optiske opsætninger. Prof. Kippenbergs laboratorium viste i 2007, at optiske frekvenskamme kunne oprettes ved hjælp af bittesmå enheder kaldet "optiske mikroresonatorer":mikroskopiske ringformede strukturer fremstillet af meget fint siliciumnitrid, der måler et par millimeter til et par snesevis af mikrometer i diameter. Disse strukturer kan fange et kontinuerligt laserlys og konvertere det til ultrakorte pulser-solitons-takket være enhedens særlige ikke-lineære egenskaber. Solitons bevæger sig rundt om mikroresonatoren 200 milliarder gange i sekundet, og det pulserede output fra mikroresonatoren skaber den optiske frekvenskam.

Sidste år, gruppen løste en enestående udfordring, demonstrerer, at en omhyggelig kontrol af mikroresonatorparametrene, muliggjort at generere et meget bredt frekvensspektrum direkte på chip. På dette tidspunkt, de genererede frekvenser strækker sig over to tredjedele af en oktav sammenlignet med frekvensen af ​​den indkommende laser (en oktav refererer til enten dobbelt eller halvdelen af ​​frekvensen). Når det kombineres med et laseroverførselssystem, baseret på ikke-lineære krystaller, teamets tilgang muliggjorde selvreference, samtidig med at behovet for omfangsrige elimineres, eksterne systemer, der traditionelt bruges til frekvensudvidelse.

Med dette, forskerne kunne bevise, at deres optiske frekvenskam kan bruges til de mest præcise måleprogrammer:de målte frekvensen af ​​en laser ved hjælp af deres teknik samt et traditionelt frekvenskammesystem og viste, at de to resultater var enige om 12 cifre.

Teknologien kan integreres med både fotoniske elementer og siliciummikrochips. Etablering af enheder, der leverer en RF til optisk forbindelse på en chip, kan katalysere en lang række forskellige applikationer såsom integreret, atomure og on-chip, og kunne bidrage til at gøre optisk frekvensmetrologi allestedsnærværende.