微環設備能將連續激光轉化為“光梳”　有助于研究光梳產生過程的物理學原理

據美國物理學家組織網近日報道，美國普渡大學和國家標準與技術研究院（NIST）的科學家攜手研制出了一塊能將連續激光轉變為大量超短脈沖的微環高頻設備，這塊設備小巧到能安裝在一塊計算機芯片上，有望應用于高級傳感器、通訊系統和實驗室設備中。

他們研制出的這塊“微環諧振器”寬約80微米（與人的一根頭發絲差不多），由氮化硅（可與電子設備內廣泛使用的硅材料兼容）構建而成。

普渡大學電子與計算機工程學院的教授安德魯·維尼解釋道，連續波激光器——單頻激光器是一種非常普通的激光器，可發出強度始終不變的激光，其發出的紅外光通過一根光纖進入芯片，隨后被波導引導入該微環設備中，并被轉化為包含多種頻率的高頻脈沖，其頻率范圍為每秒數千億次。這些不同頻率的高頻脈沖被稱為“梳狀線”，因為當它們出現在一個圖形中時，就像梳子上的梳齒。

維尼表示，這種微環光梳生成器可與能產生多個頻率和短脈沖的鎖模激光器相媲美，不過，微環設備的優勢在于它非常小巧。

激光在微環內會遇到“非線性交互作用”，產生新頻率的光梳，并可通過另一條光纖從該設備中發射而出。科學家們表示：“對于光梳的產生來說，這種非線性非常關鍵。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，其余則是微環中產生的新的頻率。”

科學家們希望，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或污染物的高級光學傳感器、用于實驗室研究的超靈敏分光鏡以及基于光子學的能傳遞大量信息的通訊系統，這樣的光學系統不僅能傳遞更高質量的信息，也可以增加其帶寬。另外，這種光梳技術也可用于新一代高帶寬電子信號中，在無線通訊和雷達領域找到用武之地。

盡管此前已有其他科研團隊演示過這種光梳生成技術，但最新研究首次使用“光任意波形技術”對這些頻率進行了處理。維尼是“光任意波形技術”領域的領先者。科學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原理開辟了新方向。

科學家們表示，接下來，他們希望能提取單個光梳線的相位，從而為研究光梳產生過程的物理學原理提供線索，此外也希望制造出可商用的有正確頻率的設備。

來源：科技日報 編輯：馮媛