超短光脈沖在許多應(yīng)用中變得越來(lái)越重要，包括距離測(cè)量，分子指紋識(shí)別和超快速采樣。這些應(yīng)用中的許多不僅依賴于單個(gè)脈沖流 - 也稱為“光學(xué)頻率梳” - 而是需要兩個(gè)甚至三個(gè)。盡管如此，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，這些多梳方法顯著加快了采集時(shí)間。

這些短光脈沖序列通常由大脈沖激光源產(chǎn)生。因此，多梳應(yīng)用需要幾個(gè)這樣的激光器，通常成本和復(fù)雜性都很高。此外，脈沖序列的相對(duì)定時(shí)及其相位必須非常好地同步，這需要使激光器同步的有源電子器件。

在Nature Photonics發(fā)表的一篇新論文中，EPFL的Tobias J. Kippenberg研究小組與俄羅斯量子中心的Michael Gorodetsky小組合作開(kāi)發(fā)了一種更簡(jiǎn)單的生成多頻梳的方法。該技術(shù)使用稱為“光學(xué)微諧振器”的小型設(shè)備來(lái)創(chuàng)建光學(xué)頻率梳而不是傳統(tǒng)的脈沖激光器。

微諧振器由直徑為幾毫米的結(jié)晶盤(pán)組成。由于設(shè)備的特殊非線性特性，磁盤(pán)捕獲連續(xù)的激光并將其轉(zhuǎn)換為超短脈沖 - 孤子。孤子在微諧振器周圍每秒傳播120億次。在每一輪中，孤子的一部分離開(kāi)諧振器，產(chǎn)生光脈沖流。

研究人員在這里使用的微諧振器具有一個(gè)特殊的特性，它允許光以多種不同的方式在光盤(pán)中傳播，稱為諧振器的空間模式。通過(guò)同時(shí)以幾種模式發(fā)射連續(xù)光波，可以同時(shí)獲得多種不同的孤子態(tài)。通過(guò)這種方式，科學(xué)家們能夠同時(shí)產(chǎn)生多達(dá)三個(gè)頻率梳。

工作原理與光纖通信中使用的空間復(fù)用相同：信息可以在多模光纖的不同空間模式上并行發(fā)送。這里，梳子在微諧振器的不同空間模式中產(chǎn)生。

該方法有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，但主要的優(yōu)點(diǎn)是它不需要復(fù)雜的同步電子設(shè)備。“所有脈沖都在同一個(gè)物體中循環(huán)，這減少了潛在的定時(shí)漂移，就像兩個(gè)獨(dú)立的脈沖激光器一樣，”該論文的第一作者Erwan Lucas解釋道。“我們還通過(guò)使用調(diào)制器從相同的初始激光器獲得所有連續(xù)波，這消除了相位同步的需要。”

使用這種多路復(fù)用方案，該團(tuán)隊(duì)展示了幾種應(yīng)用，例如雙梳光譜或快速光學(xué)采樣。采集時(shí)間可以在幾分之一毫秒到100納秒之間調(diào)整。

作者現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)一個(gè)帶有三梳源的新演示：“我們沒(méi)有計(jì)劃進(jìn)行演示，因?yàn)槲覀儾幌Ｍ覀兊姆桨溉绱巳菀椎毓ぷ鳎?rdquo;盧卡斯說(shuō)。“我們顯然正在努力。”

該技術(shù)可與光子元件和硅微芯片集成。在芯片上建立多梳子生成可以催化各種應(yīng)用，例如集成光譜儀或LIDAR，并且可以使光學(xué)傳感更容易獲得。