美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的研究人員表示，他們已經(jīng)將芯片級(jí)設(shè)備產(chǎn)生和測(cè)量光波振蕩的頻率范圍擴(kuò)大了近三分之二。

他們表示，該設(shè)備頻率范圍擴(kuò)大后，將有望帶來(lái)更好的溫室氣體傳感器，也可能改善全球?qū)Ш较到y(tǒng)。

Gregory Moille和他在NIST的同事Kartik Srinivasan，以及聯(lián)合量子研究所(NIST和馬里蘭大學(xué)的合作研究項(xiàng)目)和馬里蘭大學(xué)的合作者，最近在《自然·通訊》（Nature Communications）上報(bào)道了他們的發(fā)現(xiàn)。

在過(guò)去的20年里，NIST和其他研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們已經(jīng)證明，這種“微梳”可以在建造高精度光學(xué)鐘、校準(zhǔn)分析恒星光以搜尋太陽(yáng)系外行星的探測(cè)器以及探測(cè)環(huán)境中的痕量氣體方面發(fā)揮重要作用。

NIST廣泛研究的一種“微梳”由一個(gè)微型矩形波導(dǎo)耦合到直徑約50微米的環(huán)形諧振器組成。注入波導(dǎo)的激光進(jìn)入微環(huán)諧振器并繞環(huán)旋轉(zhuǎn)。通常，循環(huán)光的振幅開(kāi)始變化，并能形成不同的圖案。然而，通過(guò)小心地調(diào)整激光，微環(huán)內(nèi)的光會(huì)形成一個(gè)孤子——一種在環(huán)內(nèi)移動(dòng)時(shí)保持其形狀的孤子波脈沖。

每次孤子完成圍繞微環(huán)的一次往返，一部分脈沖就會(huì)分裂并進(jìn)入波導(dǎo)。很快，一串完整的波脈沖就填滿了波導(dǎo)，每個(gè)波在時(shí)間上與它的鄰居以相同的固定時(shí)間間隔分開(kāi)——這是孤子繞微環(huán)一圈所花費(fèi)的時(shí)間。

波導(dǎo)中的波脈沖序列對(duì)應(yīng)于一組均勻間隔的頻率，并形成頻率梳的齒形。齒的數(shù)量和振幅主要由環(huán)的大小和組成以及激光的功率和頻率決定。

NIST的科學(xué)家們想知道，如果他們用兩束激光制造一個(gè)“微梳”會(huì)發(fā)生什么。結(jié)果顯示，每束激光會(huì)產(chǎn)生不同頻率的光，而不是只有一束。他們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)與微環(huán)諧振器中循環(huán)的孤子光進(jìn)行一系列復(fù)雜的相互作用，第二束激光誘導(dǎo)出了兩組新的“牙齒”，或稱(chēng)均勻間隔頻率。此外，研究小組發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變第二束激光的頻率，新的“牙齒”組可以很容易地移動(dòng)到更高或更低的頻率，而不受微環(huán)諧振器的形狀或組成的影響。