Гребенка частоты Керра - Kerr frequency comb

Частотные гребенки Керра (также известен как частотные гребенки микрорезонатора) находятся гребенки оптической частоты которые генерируются непрерывной волновой накачкой лазер посредством Керровская нелинейность. Это когерентное преобразование лазера накачки в частотную гребенку происходит внутри оптический резонатор который обычно имеет размер от микрометра до миллиметра и поэтому называется микрорезонатор. Когерентная генерация частотной гребенки из непрерывная волна Лазер с оптической нелинейностью в качестве усиления отличает гребенки частоты Керра от наиболее распространенных сегодня оптических гребенок. Эти частотные гребенки генерируются лазеры с синхронизацией мод где преобладающее усиление связано с обычной лазерной усиливающей средой, накачиваемой некогерентно. Поскольку гребенчатые гребенки Керра полагаются только на нелинейные свойства среды внутри микрорезонатора и не требуют широкополосной лазерной усиливающей среды, широкие гребенчатые гребенки Керра в принципе могут быть созданы вокруг любой частоты накачки.

Хотя принцип частотных гребенок Керра применим к любому типу оптических резонаторов, требованием для генерации гребенок Керра является интенсивность поля лазера накачки выше параметрический порог нелинейного процесса. Это требование легче выполнить внутри микрорезонатора из-за возможных очень низких потерь внутри микрорезонатора (и, соответственно, высокой факторы качества ) и из-за малой объемы режима. Комбинация этих двух функций приводит к значительному усилению поля лазера накачки внутри микрорезонатора, что позволяет генерировать широкие гребенки керровских частот при разумных мощностях лазера накачки.

Одно важное свойство гребенок Керра, которое является прямым следствием малых размеров микрорезонаторов и, как следствие, больших свободные спектральные диапазоны (FSR), - большой интервал между модами типичных гребенок Керра. Для лазеров с синхронизацией мод этот интервал между модами, который определяет расстояние между соседними зубцами гребенки частот, обычно находится в диапазоне от 10 МГц до 1 ГГц. Для частотных гребенок Керра типичный диапазон составляет от 10 ГГц до 1 ТГц.

Когерентная генерация гребенки оптических частот с помощью лазера накачки с непрерывной волной не является уникальным свойством гребенок Керра. Этим свойством обладают и оптические гребенки, генерируемые каскадными оптическими модуляторами. Для определенного применения это свойство может быть выгодным. Например, для стабилизации частоты смещения гребенки частот Керра можно напрямую применить обратную связь к частоте лазера накачки. В принципе также возможно создать гребенку частот Керра вокруг конкретного лазера непрерывного действия, чтобы использовать полосу частот гребенки частот для определения точной частоты лазера непрерывного действия.

С момента их первой демонстрации в кварцевых микротороидальных резонаторах,[1] Частотные гребенки Керра были продемонстрированы в различных платформах микрорезонаторов, которые, в частности, также включают кристаллические микрорезонаторы.[2] и интегрированные платформы фотоники, такие как волноводные резонаторы, сделанные из нитрид кремния.[3] Более недавние исследования расширили диапазон доступных платформ, который теперь включает алмаз,[4] нитрид алюминия,[5] ниобат лития, [6] а для средних длин волн накачки инфракрасного диапазона кремний.[7]

Поскольку оба используют нелинейные эффекты среды распространения, физика частотных гребенок Керра и физика генерация суперконтинуума от импульсных лазеров очень похоже. Помимо нелинейности, хроматическая дисперсия среды также играет решающую роль для этих систем. В результате взаимодействия нелинейности и дисперсии солитоны может образоваться. Наиболее подходящим типом солитонов для генерации гребенки частот Керра являются солитоны яркого диссипативного резонатора,[8][9] которые иногда также называют диссипативными солитонами Керра (ДКС). Эти яркие солитоны помогли значительно продвинуть область гребенки частот Керра, поскольку они обеспечивают способ генерации ультракоротких импульсов, которые, в свою очередь, представляют собой когерентную широкополосную оптическую гребенку более надежным способом, чем это было возможно раньше.

В своей простейшей форме только с керровской нелинейностью и дисперсией второго порядка физика керровских гребенок частот и диссипативных солитонов может быть хорошо описана формулой Уравнение Лугиато – Лефевера.[10]Другие эффекты, такие как Рамановский эффект[11] а эффекты дисперсии более высокого порядка требуют дополнительных членов в уравнении.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ П. Дель'Хэй; А. Шлиссер; О. Арсизе; Т. Уилкен; Р. Хольцварт; Т. Дж. Киппенберг (2007). «Генерация оптической частотной гребенки из монолитного микрорезонатора». Природа. 450 (7173): 1214–7. arXiv:0708.0611. Bibcode:2007Натура.450.1214D. Дои:10.1038 / природа06401. PMID  18097405. S2CID  4426096.
  2. ^ Савченков А.А.; А. Б. Мацко; В. С. Ильченко; I. Solomatine; Д. Зайдель; Л. Малеки (2008). "Перестраиваемая оптическая частотная гребенка с кристаллическим резонатором в режиме шепчущей галереи". Письма с физическими проверками. 101 (9): 093902. arXiv:0804.0263. Bibcode:2008PhRvL.101i3902S. Дои:10.1103 / PhysRevLett.101.093902. PMID  18851613. S2CID  33022368.
  3. ^ Дж. С. Леви; А. Гондаренко; М. А. Фостер; А. К. Тернер-Фостер; А. Л. Гаэта; М. Липсон (2010). «CMOS-совместимый многоволновой генератор для встроенных оптических соединений». Природа Фотоника. 4 (1): 37. Bibcode:2010НаФо ... 4 ... 37л. Дои:10.1038 / НПХОТОН.2009.259.
  4. ^ Hausmann, B.J.M .; Bulu, I .; Venkataraman, V .; Deotare, P .; Лончар, М. (20 апреля 2014 г.). «Алмазная нелинейная фотоника». Природа Фотоника. 8 (5): 369–374. Bibcode:2014НаФо ... 8..369ч. Дои:10.1038 / nphoton.2014.72. ISSN  1749-4893.
  5. ^ Чон, Ходжун; Сюн, Чи; Фонг, король Й .; Чжан, Сюйфэн; Тан, Хун Х. (1 августа 2013 г.). «Генерация гребенки оптических частот из микрокольцевого резонатора из нитрида алюминия». Письма об оптике. 38 (15): 2810–2813. arXiv:1307.6761. Bibcode:2013OptL ... 38.2810J. Дои:10.1364 / OL.38.002810. ISSN  1539-4794. PMID  23903149.
  6. ^ Y. Он; Q.-F. Ян; Дж. Линг; Р. Ло; Х. Лян; М. Ли; Б. Шен; Х. Ван; К. Дж. Вахала; Q. Lin (2019). «Самозапускающийся бихроматический LiNbO3 солитонная микрогребня ". Optica. 6 (9): 1138–1144. arXiv:1812.09610. Bibcode:2019 Оптический ... 6.1138H. Дои:10.1364 / OPTICA.6.001138.
  7. ^ Гриффит, Остин Дж .; Лау, Райан К. В .; Карденас, Хайме; Окавачи, Ёситомо; Моханти, Асима; Файн, Роми; Ли, Юн Хо Даниэль; Ю, Мэнцзе; Phare, Кристофер Т. (24 февраля 2015 г.). «Генерация гребенки средней инфракрасной частоты с кремниевым чипом». Nature Communications. 6: ncomms7299. arXiv:1408.1039. Bibcode:2015 НатКо ... 6,6299 г. Дои:10.1038 / ncomms7299. PMID  25708922. S2CID  1089022.
  8. ^ T. Herr; В. Браш; Дж. Д. Йост; C. Y. Wang; Кондратьев Н. М.; М. Л. Городецкий; Т. Дж. Киппенберг (2014). «Временные солитоны в оптических микрорезонаторах». Природа Фотоника. 8 (2): 145. arXiv:1508.04989. Bibcode:2014НаФо ... 8..145H. Дои:10.1038 / nphoton.2013.343. S2CID  118546909.
  9. ^ Эндрю М. Вайнер (2017). «Частотные гребни: резонаторные солитоны достигли совершеннолетия». Природа Фотоника. 11 (9): 533–535. Дои:10.1038 / nphoton.2017.149.
  10. ^ Lugiato, L.A .; Лефевер Р. (1987). «Пространственные диссипативные структуры в пассивных оптических системах» (PDF). Письма с физическими проверками. 58 (21): 2209–2211. Bibcode:1987ПхРвЛ..58.2209Л. Дои:10.1103 / PhysRevLett.58.2209. PMID  10034681.
  11. ^ X. Yi; Q.-F. Ян; К. Я. Ян; К. Дж. Вахала (2016). «Теория и измерение собственного сдвига частоты солитонов и эффективности в оптических микрополостях». Письма об оптике. 41 (15): 3419–3422. Bibcode:2016OptL ... 41.3419Y. Дои:10.1364 / OL.41.003419. PMID  27472583.