皮皮虾科普网

皮皮虾科普网
分享国内外科学知识
皮皮虾科普网-国内外科学-科技-科普

光学尺的新设计会给钟表,望远镜,通讯带来革

更新时间:2020-07-15 22:39点击:

正如米尺与数以百计的刻度线可以非常精确地测量距离,设备称为激光频率梳,数以百计的均匀间隔的,大幅的频率定义,可以非常精确地测量光波的颜色又是;

小到可以装进芯片里,这种梳子的缩小版就是这样。之所以这样命名,是因为它们的频率间隔均匀,就像梳子的齿一样。正在使新一代原子钟成为可能,通过光纤传输的信号数量大幅增加,以及辨别暗示着看不见的行星存在的星光微小频率变化的能力。这些基于芯片的微梳的最新版本,由美国国家标准与技术研究所(NIST)和加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)的研究人员创建的这项技术,将通过改进和扩展这些微型设备的能力,进一步推进时间和频率测量。

在这些频率微梳的中心放置着一个光学微谐振器,这是一个大约人类头发宽度的环形装置,外部激光器发出的光在这个装置中旋转数千次,直到形成高强度。微梳通常由玻璃或氮化硅制成,通常需要一个外部激光放大器,这使得微梳的制作复杂、笨重且成本高昂。

NIST的科学家和UCSB的合作者已经证明,用半导体砷化铝镓制成的微梳有两个基本特性,这使得它们特别有前景。新的梳齿工作时功率非常低,因此不需要放大器,而且可以通过操纵产生非常稳定的频率。究竟需要什么使用微芯片梳作为敏感工具,以惊人的精度测量频率。(该研究是NIST芯片程序的一部分。)

NIST的科学家Gregory Moille说,新开发的微梳技术可以帮助工程师和科学家在实验室之外进行精确的光学频率测量。此外,微梳可以通过类似于已经用于制造微电子产品的纳米制造技术来大量生产。

UCSB的研究人员早期致力于检测由砷化镓铝组成的微谐振器。由这些微谐振器制成的频率梳只需要其他材料制成的器件功率的百分之一。然而,科学家们未能证明这一关键特性。由这种半导体制成的微谐振器可以产生一组不动摇或高度稳定的离散频率。

NIST团队解决了这个问题,他们将微谐振器放置在一个定制的低温设备中,使研究人员能够在低于绝对零度4度的温度下探测该设备。低温实验表明,激光产生的热量与微谐振腔内循环的光之间的相互作用是该装置产生成功运行所需的高稳定频率的唯一障碍。

在低温下,研究小组证明了它可以达到所谓的孤子区。单个光脉冲不改变其形状、频率或速度,在微谐振器内循环。研究人员在6月的《激光与光子学评论》上描述了他们的工作。

,

有了这样的孤子,频率梳的所有齿都是相的,所以它们可以作为尺子来测量光钟、频率合成或激光测距所使用的频率。

尽管最近开发的一些低温系统足够小,可以在实验室外与新型微梳一起使用,但最终目标是在室温下操作该设备。新的发现表明,科学家们要想在室温下进行操作,要么需要冷却,要么完全避免过热。

参考文献:iii V微谐振器中的耗散克尔孤子作者:Gregory Moille, Lin Chang, Weiqiang Xie, Ashutosh Rao, Xiyuan Lu, Marcelo Davanço, John E. Bowers and Kartik Srinivasan,激光与amp, 2020年6月22日光子学的评论。

DOI: 10.1002 / lpor.202000022