Récemment, l'équipe d'académiciens de l'Université des sciences et technologies de Chine, le professeur Dong Chunhua et son collaborateur Zou Changling ont proposé un mécanisme universel de contrôle de la dispersion des microcavités, pour réaliser le contrôle indépendant en temps réel de la fréquence centrale du peigne de fréquences optiques et de la fréquence de répétition, et appliqué à la mesure de précision de la longueur d'onde optique, la précision de mesure de la longueur d'onde a augmenté jusqu'à kilohertz (kHz). Les résultats ont été publiés dans Nature Communications.
Les micropeignes à solitons basés sur des microcavités optiques ont suscité un vif intérêt dans les domaines de la spectroscopie de précision et des horloges optiques. Cependant, en raison de l'influence du bruit environnemental et laser, ainsi que d'effets non linéaires supplémentaires dans la microcavité, la stabilité du micropeigne à solitons est fortement limitée, ce qui constitue un obstacle majeur à l'application pratique du peigne à faible luminosité. Lors de travaux antérieurs, les scientifiques stabilisaient et contrôlaient le peigne de fréquences optiques en modifiant l'indice de réfraction du matériau ou la géométrie de la microcavité afin d'obtenir une rétroaction en temps réel. Cela entraînait des variations quasi uniformes de tous les modes de résonance de la microcavité simultanément, empêchant ainsi un contrôle indépendant de la fréquence et de la répétition du peigne. Cela limite considérablement l'application du peigne à faible luminosité dans les applications pratiques de la spectroscopie de précision, des photons micro-ondes, de la télémétrie optique, etc.
Pour résoudre ce problème, l'équipe de recherche a proposé un nouveau mécanisme physique permettant de réguler indépendamment et en temps réel la fréquence centrale et la fréquence de répétition du peigne de fréquences optiques. En introduisant deux méthodes différentes de contrôle de la dispersion des microcavités, l'équipe peut contrôler indépendamment la dispersion de différents ordres de microcavités, permettant ainsi un contrôle total des différentes fréquences de dent du peigne de fréquences optiques. Ce mécanisme de régulation de la dispersion est universel pour différentes plateformes photoniques intégrées, telles que le nitrure de silicium et le niobate de lithium, qui ont été largement étudiées.
L'équipe de recherche a utilisé le laser de pompage et le laser auxiliaire pour contrôler indépendamment les modes spatiaux des différents ordres de la microcavité afin d'obtenir une stabilité adaptative de la fréquence du mode de pompage et une régulation indépendante de la fréquence de répétition du peigne de fréquences. Grâce au peigne optique, l'équipe de recherche a démontré une régulation rapide et programmable de fréquences de peigne arbitraires et l'a appliquée à la mesure précise de la longueur d'onde, mettant ainsi au point un ondemètre offrant une précision de mesure de l'ordre du kilohertz et capable de mesurer plusieurs longueurs d'onde simultanément. Comparée aux résultats des recherches précédentes, la précision de mesure obtenue par l'équipe de recherche a atteint trois ordres de grandeur.
Les micropeignes de solitons reconfigurables démontrés dans ce résultat de recherche jettent les bases de la réalisation d'étalons de fréquence optique intégrés à puce à faible coût, qui seront appliqués dans la mesure de précision, l'horloge optique, la spectroscopie et la communication.
Date de publication : 26 septembre 2023