L'équipe de chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Chine, composée du professeur Dong Chunhua et de son collaborateur Zou Changling, a récemment mis au point un mécanisme universel de contrôle de la dispersion des microcavités. Ce mécanisme permet un contrôle indépendant et en temps réel de la fréquence centrale et de la fréquence de répétition d'un peigne de fréquences optiques. Appliqué à la mesure précise de la longueur d'onde optique, il a permis d'atteindre une précision de mesure de l'ordre du kilohertz (kHz). Ces résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications.
Les peignes de fréquences à solitons basés sur des microcavités optiques suscitent un vif intérêt dans les domaines de la spectroscopie de précision et des horloges optiques. Cependant, la stabilité de ces peignes est fortement limitée par l'influence du bruit environnemental et du bruit laser, ainsi que par des effets non linéaires supplémentaires au sein de la microcavité. Ceci constitue un obstacle majeur à leur application pratique, notamment pour les applications à faible niveau de lumière. Dans des travaux antérieurs, la stabilisation et le contrôle du peigne de fréquences optiques ont été obtenus en agissant sur l'indice de réfraction du matériau ou la géométrie de la microcavité afin d'obtenir une rétroaction en temps réel. Toutefois, cette approche induit des variations quasi uniformes de tous les modes de résonance de la microcavité, sans permettre un contrôle indépendant de la fréquence et de la période du peigne. Cette limitation restreint considérablement l'application des peignes de fréquences à faible niveau de lumière dans des domaines tels que la spectroscopie de précision, les photons micro-ondes et la télémétrie optique.
Pour résoudre ce problème, l'équipe de recherche a proposé un nouveau mécanisme physique permettant la régulation indépendante et en temps réel de la fréquence centrale et de la fréquence de répétition d'un peigne de fréquences optiques. En introduisant deux méthodes différentes de contrôle de la dispersion des microcavités, l'équipe peut contrôler indépendamment la dispersion des microcavités d'ordres différents, et ainsi obtenir un contrôle total des différentes fréquences des dents du peigne de fréquences optiques. Ce mécanisme de régulation de la dispersion est universel et applicable à différentes plateformes photoniques intégrées, telles que le nitrure de silicium et le niobate de lithium, qui ont fait l'objet de nombreuses études.
L'équipe de recherche a utilisé un laser de pompage et un laser auxiliaire pour contrôler indépendamment les modes spatiaux d'ordres différents de la microcavité, obtenant ainsi une stabilité adaptative de la fréquence du mode de pompage et une régulation indépendante de la fréquence de répétition du peigne de fréquences. À partir de ce peigne optique, l'équipe a démontré une régulation rapide et programmable de fréquences arbitraires et l'a appliquée à la mesure précise de la longueur d'onde, réalisant un ondemètre d'une précision de l'ordre du kilohertz capable de mesurer simultanément plusieurs longueurs d'onde. Comparée aux résultats de recherches antérieures, la précision de mesure obtenue représente un gain de trois ordres de grandeur.
Les micropeignes à solitons reconfigurables présentés dans ce résultat de recherche jettent les bases de la réalisation d'étalons de fréquence optique intégrés sur 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