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以芯片为基础的微梳革新电信应用

2020年6月26日通过加里Elinoff

激光频率梳足够小,适合集成电路,对频率测量和通信有重大意义。

用一根带有数百个等距标记的测量棒来测量距离,激光频率梳,以等距频率标记的形式,可以用来精确测量光线的颜色。

什么是激光频率梳?

激光频率梳足够小,适合集成电路,对频率测量和通信有重大意义。激光频率梳有数百个激光发射,每一个都有单独的频率,在没有发射的长频率范围内彼此分开。

频率与激光辐射强度的图表将显示出对应于每个激光频率的峰值和对应于不包含激光发射的频率范围的空洞。这种图案酷似梳子的轮廓,因此得名。

这种激光频率梳的微型版本,小到可以装在集成电路上,有可能极大地增加能够通过单一光纤的独立信号的数量。此外,新一代原子钟也有可能出现,人们可以探测到星光中最微小的频率变化,而这些频率变化可能暗示着尚未发现的行星的存在。

以前的微梳通常由玻璃或氮化硅制成,需要一个外部激光放大器。这使得这类梳变得过于复杂、繁琐和昂贵。

基于ic的微梳的新版本

这种基于芯片的微型梳子的新版本都是由国家标准与技术研究所的研究人员开发的和加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)。

这些频率微梳的显著特征是一个光学微谐振器,这是一种大约人类头发宽度的环形装置。来自外部激光器的光在周围跑动成千上万次,增强了强度。

新装置由铝砷化镓制成,有两个突出的特点:

  • 不需要放大器,因为它们的工作功率很低

  • 它们可以产生一组非常稳定的频率

这些特性使这种微芯片梳子能够作为测量频率的工具,具有非常高的精度。这项研究是NIST整体工作的一部分一个芯片程序的NIST

砷化铝镓光学微谐振器。

砷化铝镓光学微谐振器。图像归功于NIST

先前的努力

加州大学圣迭戈分校的研究人员此前曾探索过由铝镓砷化物组成的微谐振beplay体育下载不了器。由这些设备制造的频率梳只需要先前由其他材料制造的单元的百分之一的功率。当时,他们无法产生一组高度稳定的离散频率的理想结果。

NIST的研究人员将微谐振器放置在一个低温设备中,将设备冷却到绝对零度以上4度。在这种非常低的温度下,研究小组观察到该单元可以达到所谓的孤子政权-产生的单个光脉冲从未改变它们的形状,频率或速度确实在微谐振器内循环。

此外,观察到频率梳的所有“齿”都是相一致的。这使得它们可以作为一把尺子来测量光学钟、频率合成器或基于激光的距离测量设备中使用的频率。

最重要的是,这一过程证明了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阻止该装置产生广受欢迎的高稳定频率的唯一障碍。

结论

最近,足够小的低温系统与新型微梳在实验室外使用已经成为可能。这是一个繁琐的解决方案,目前尚未达到的最终目标是完善一个可以在室温下运行的系统。