Исследователи из Технологического университета Чалмерса (CTH) в шведском Гетеборге создали лазерные частотные гребенки на чипе, способные производить более точные оптические измерения. Об этом сообщает портал Nanowerk. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Дискретный генератор, который обычно именуют «частотная гребенка» – это специальный лазер, в котором частоты излучения равномерно распределены. Он функционирует как своеобразная «линейка», где маркеры устанавливают шкалу частот в части электромагнитного спектра, от ультрафиолетового до среднего инфракрасного. Конкретное расположение маркеров может определяться поставленной задачей.
Появление подобных устройств в конце 1990-х годов означало революцию в точной метрологии и стало достижением, отмеченным Нобелевской премией по физике в 2005 году. Микрогребень – это уже современная технология, альтернатива лазерам с синхронизацией модуляций, которая может генерировать повторяющиеся импульсы света с поразительной скоростью. Они генерируются путем направления лазерного излучения в крошечную оптическую полость, называемую микрорезонатором.
Таким образом, микрогребенки обладают двумя важными свойствами, которые делают их чрезвычайно привлекательными для практических целей: частотный интервал между маркерами очень велик (обычно между 10-1000 ГГц), что намного больше, чем интервал в лазерных частотных гребенках с синхронизацией мод, и они могут быть реализованы с помощью технологии фотонной интеграции.
Совместимость с фотонной интеграцией дает преимущества с точки зрения уменьшения размера, энергопотребления и возможности выхода на массовый рынок. Сегодня практически все оптические измерения связаны с разноплановыми диапазонами световых частот, и это дает микрогребенкам множество различных областей применения – от калибровки инструментов, измеряющих сигналы на расстоянии световых лет, до идентификации и отслеживания здоровья людей с помощью воздуха, который они выдыхают.
Ключевой вопрос при работе с микрогребенками – насколько узки их линии частотных диапазонов, поскольку генератор с более узко расположенной маркировкой позволяет проводить более точные измерения. Еще несколько лет назад господствовало мнение, что такие линии не могут быть уже, чем входной свет от лазера. При более глубоком изучении было обнаружено, что линии, расположенные дальше от лазера, немного шире, чем линии, расположенные в центре. Причиной этого считались источники шума в микрорезонаторе.
Исследователь Фучуань Лей, проверил эти теории и провел эксперименты с устройствами, изготовленными в Лаборатории нанотехнологий CTH. Он обнаружил, что некоторые линии на самом деле уже, чем свет самого лазерного источника.
«Представьте, что вы ставите метки мелом, а не карандашом. Вы можете определить нужные точки и расстояния, но с помощью карандаша все это можно измерить намного точнее, потому что тогда у вас будет инструмент с очень четкими отметками», – пояснил Лей.