光学频率梳是一种独特的激光光源，可以应用于精密测距、光谱学和通讯等众多领域当中。目前这种激光光源一般是基于锁模激光器进行驱动的，但这种光源体积庞大且价格昂贵，在很大程度上限制了其发展潜力，为了解决这一问题，研究人员提出了微环谐振器频率梳，这种光源体积极小，可与光子芯片实现完美集成，但却存在高噪声和窄频带等问题。
为了解决这一问题，美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员通过混合耗散的Kerr孤子和二级泵介导的光谱平移，将芯片级频率梳的生成和测量光波振荡的频率范围扩大了近三分之二，其研究成果以发表在《Nature Communications》中。
微环谐振器频率梳由一个微型矩形波导和一个直径约50 µm的环形谐振器组成，其注入波导的激光会进入微环谐振器中并绕环运行。通过对入射激光进行设置，可以使微环内的光形成一个孤子（一个在环周围移动时保持其形状的孤波脉冲），每次孤子完成围绕微环的行程时，一部分脉冲就会分裂并进入波导，以此往复，将在波导内充满一整串的波脉冲，并且每个波在时间上与其相邻波之间的间隔相同（即孤子绕环完成一圈所用的时间），波导中的波脉冲序列对应于一组均匀间隔的频率，并形成频率梳的齿，齿的数量和幅度主要取决于环的大小和组成以及激光的功率和频率。
而该项研究就是在此基础上利用双泵浦实现的，其中每束激光都会产生不同频率的光，而对第二束激光而言，它还会通过四波混合布拉格散射实现光谱转换，从而极大程度上将光源进行扩展。研究人员通过实验在1063 nm和1557 nm处泵浦一个氮化硅微环实现了孤子光谱转换，从而产生了1.6倍频程（137-407 THz）的总带宽。此外，研究人员还通过实验对其低噪声特性进行了相关的验证。
据研究人员称，微梳光源频率的扩展可实现各种频率的应用，其团队负责人Kartik Srinivasan表示：“该系统标志着研究人员首次生产出可以将如此广泛的频率联系在一起的稳定微梳。”博士后研究员Gregory Moille还表示：“增强的稳定性的微梳可能会促进便携式光学原子钟的发展，这些光学原子钟的精度足以在实验室外使用，从而实现更为精确的导航系统。”
来源：
https://www.photonics.com/Articles/Optical_Rulers_Expanded_Frequencies_Support/a67849
论文：https://doi.org/10.1038/s41467-021-27469-0
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