최근 중국과학기술대학교(UST)의 연구원인 궈광찬대학교(Guo Guangcan University) 동춘화(Dong Chunhua) 교수와 공동 연구원인 저우 창링(Zou Changling)은 광 주파수 빗의 중심 주파수와 반복 주파수를 실시간으로 독립적으로 제어할 수 있는 범용 마이크로 캐비티 분산 제어 메커니즘을 제안했습니다. 이 메커니즘을 광 파장 정밀 측정에 적용하면 파장 측정 정확도가 킬로헤르츠(kHz)까지 향상됩니다. 이 연구 결과는 Nature Communications에 게재되었습니다.
광학 마이크로공진기 기반 솔리톤 마이크로콤은 정밀 분광학 및 광시계 분야에서 큰 연구 관심을 불러일으켰습니다. 그러나 환경 및 레이저 노이즈의 영향과 마이크로공진기 내부의 추가적인 비선형 효과로 인해 솔리톤 마이크로콤의 안정성이 크게 제한되어 저조도 빗의 실제 적용에 큰 걸림돌이 됩니다. 이전 연구에서 과학자들은 재료의 굴절률이나 마이크로공진기의 기하학적 구조를 제어하여 실시간 피드백을 구현함으로써 광 주파수 빗을 안정화하고 제어했습니다. 그러나 이는 마이크로공진기 내부의 모든 공진 모드에 거의 균일한 변화를 동시에 발생시켜 빗의 주파수와 반복을 독립적으로 제어할 수 있는 능력이 부족했습니다. 이는 정밀 분광학, 마이크로파 광자, 광학 거리 측정 등의 실제 적용 분야에서 저조도 빗의 적용을 크게 제한합니다.
이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 광 주파수 빗의 중심 주파수와 반복 주파수를 독립적으로 실시간 조절할 수 있는 새로운 물리적 메커니즘을 제안했습니다. 두 가지 서로 다른 마이크로 캐비티 분산 제어 방법을 도입함으로써, 연구팀은 서로 다른 차수의 마이크로 캐비티 분산을 독립적으로 제어하여 광 주파수 빗의 다양한 톱니 주파수를 완벽하게 제어할 수 있었습니다. 이 분산 제어 메커니즘은 질화규소와 니오브산리튬과 같이 널리 연구되어 온 다양한 집적 광자 플랫폼에 공통적으로 적용됩니다.
연구팀은 펌핑 레이저와 보조 레이저를 사용하여 마이크로캐비티의 다양한 차수의 공간 모드를 독립적으로 제어함으로써 펌핑 모드 주파수의 적응적 안정성과 주파수 빗 반복 주파수의 독립적인 조절을 실현했습니다. 연구팀은 광빗을 기반으로 임의 빗 주파수의 빠르고 프로그램 가능한 조절을 시연하고 이를 파장 정밀 측정에 적용하여 킬로헤르츠 단위의 측정 정확도와 여러 파장을 동시에 측정할 수 있는 파장계를 시연했습니다. 이전 연구 결과와 비교했을 때, 연구팀이 달성한 측정 정확도는 세 자릿수(zero magnitude)에 달했습니다.
본 연구 결과에서 입증된 재구성 가능한 솔리톤 마이크로 빗은 정밀 측정, 광 시계, 분광학 및 통신에 적용될 저가의 칩 통합 광 주파수 표준을 실현하기 위한 기반을 마련합니다.
게시 시간: 2023년 9월 26일