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微型谐振器为光脉冲传感提供了一种更简单的方法

  

 

  超短光脉冲在许多应用中变得越来越重要,主要包括距离测量,分子指纹识别和超快采样。这些应用不止需要单个脉冲流(即“光学频率梳”),它们需要两个甚至三个。这些短光脉冲序列通常由大脉冲激光源产生。因此,多频梳应用需要几个这样的激光器,通常成本和复杂度都很高。此外,脉冲序列及其相位的相对定时必须非常好地同步,这就需要同步激光器的有源电子器件。

  日前,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的Tobias J. Kippenberg研究小组与俄罗斯量子中心的Michael Gorodetsky小组合作开发了一种更简单的生成多频梳的方法。该技术使用“光学微谐振器”这种小型设备来创造光频梳。

  微谐振器由直径几毫米的晶体磁盘组成。由于该装置具有特殊的非线性特性,磁盘捕获连续的激光并将其转换为超短脉冲即孤波。孤波在微谐振器周围每秒传播120亿次。在每一圈中,孤波的一部分离开谐振器,产生光脉冲流。另外,微谐振器还能使光以多种不同的方式在磁盘中传播。通过同时发射多个模式的连续光波,可以同时获得多个不同的孤波状态。通过这种方式,研究人员就能够同时产生多达三个频率梳。

  这项技术的工作原理与光纤通信中使用的空间复用技术相同:信息可以在多模光纤的不同空间模式上并行发送。而在这里,光梳在微谐振器的不同空间模式中产生。

  该方法主要的优点是它不需要复杂的同步电子设备。所有脉冲都在同一个物体中循环,这减少了潜在的定时漂移,就像两个独立的脉冲激光器一样。另外,研究人员还通过使用调制器从相同的初始激光器获得所有连续波,这样就不需要满足相位同步的要求。

  目前,研究团队正在努力开发一个带有三梳源的设备并进行展示。他们称该技术还可与光子元件和硅微芯片集成。

  该研究由瑞士国家科学基金会、美国空军科学研究办公室、俄罗斯联邦教育科学部、欧洲航天技术中心资助。相关研究论文《Spatial multiplexing of soliton microcombs.》已发表在Nature Photonics上。

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