频率梳生成新频率


  据声称,美国普渡大学(Purdue University)和美国国家标准与技术研究院(NIST: US National Institute of Standards and Technology)进行的这项研发,可以应用于更先进的传感器,通信系统和实验室仪器。

  “这些脉冲重复的速度很高,相当于每秒千亿次脉冲。”安德鲁•韦纳(Andrew Weiner)说,他是西弗雷斯(scifres)家庭电气和计算机工程特聘教授。

  据介绍,这种“微环谐振器”(microring resonator)是用氮化硅(silicon nitride)制成,可兼容硅材料,广泛用于电子装置。激光产生的红外光进入芯片,通过一根光纤,由波导导入这种微环。

  这些脉冲有很多频段,对应不同的频率,这就是所谓的“梳齿线”(comb lines)。

  通过精确控制频率梳(frequency combs),研究人员希望能够创造先进的光学传感器,检测和测量有害物质或污染物,还可以创造超灵敏光谱,用于实验室研究和光学通讯系统,传输大量信息,质量更好,同时增加带宽。

  这种滤波技术也有望生成高带宽电信号,有可能用于无线通讯和雷达。

  这种光产生于连续波激光(continuous-wave laser),也称为单频激光(single-frequency laser)。

  韦纳说:“这种类型的激光强度是恒定的,而不是脉冲。但在微环中,这种光被转换成一个频率梳,包含许多频率,这些频率之间有非常漂亮相等间距。这种微环频梳发生器(microring comb generator)可以作为一项有竞争力的技术,媲美锁模激光器(mode-locked laser),可以产生多种频率和短脉冲。这种微环的一个优势,是它们可以非常小。”

  激光光源会发生“非线性相互作用”,同时,在微环内会生成新的频率梳,这是该设备通过另一根光纤发出的。

  “非线性是至关重要的,可以生成频率梳,”博士生法米达•费尔德斯(Fahmida Ferdous)说。“采用非线性,我们获得的频率梳就可以有很多的频率,包括原初的频率,而其余的都是新频率,都是在这种微环中产生的。”

  虽然其他研究人员先前已演示过这种频率梳生成技术,但是,这一小组处理这些频率时,最先使用了“光学任意波形技术”(optical arbitrary waveform technology),这项技术的开创者是韦纳为首的普渡大学研究人员。研究人员能够控制每个谱线(spectral line)的幅值和相位,他们了解到,有两种类型的频率梳,就是“高度连贯”和“部分相干”的频率梳,这就开辟了新的途径,可以研究这一物理过程。