Частотная гребенка Керра
Гребенки частот Керра (также известные как гребенки частот микрорезонаторов ) представляют собой гребенки оптических частот , которые генерируются лазером накачки непрерывного действия за счет нелинейности Керра . Это когерентное преобразование лазера накачки в гребенку частот происходит внутри оптического резонатора , который обычно имеет размер от микрометра до миллиметра и поэтому называется микрорезонатором . Когерентная генерация гребенки частот с помощью лазера непрерывного действия с оптической нелинейностью в качестве усиления отличает гребенки частот Керра от наиболее распространенных сегодня оптических гребенок частот. Эти гребенки частот генерируются лазерами с синхронизацией мод , в которых доминирующее усиление обеспечивается обычной лазерной усиливающей средой с некогерентной накачкой. Поскольку гребенки керровской частоты полагаются только на нелинейные свойства среды внутри микрорезонатора и не требуют широкополосной лазерной усиливающей среды, широкие гребенки керровской частоты в принципе могут быть созданы вокруг любой частоты накачки.
Хотя принцип гребенки частот Керра применим к любому типу оптического резонатора, требованием для генерации гребенки частот Керра является интенсивность лазерного поля накачки выше параметрического порога нелинейного процесса. Это требование легче выполнить внутри микрорезонатора из-за возможных очень низких потерь внутри микрорезонаторов (и соответствующих высоких добротностей микрорезонаторов ), а также из-за малых модовых объемов . Сочетание этих двух особенностей приводит к значительному усилению поля лазера накачки внутри микрорезонатора, что позволяет генерировать широкие гребенки керровских частот при разумной мощности лазера накачки.
Одним из важных свойств гребенок частот Керра, которое является прямым следствием малых размеров микрорезонаторов и, как следствие, больших свободных спектральных диапазонов (FSR) , является большое расстояние между модами типичных гребенок частот Керра. Для лазеров с синхронизацией мод это расстояние между модами, которое определяет расстояние между соседними зубцами гребенки частот, обычно находится в диапазоне от 10 МГц до 1 ГГц. Для частотных гребенок Керра типичный диапазон составляет примерно от 10 ГГц до 1 ТГц.
Когерентная генерация гребенки оптических частот непрерывным лазером накачки не является уникальным свойством гребенки частот Керра. Этим свойством обладают и гребенки оптических частот, генерируемые каскадными оптическими модуляторами. Для определенного применения это свойство может быть выгодным. Например, чтобы стабилизировать частоту смещения гребенки частоты 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 пропускания гребенки частот для определения точной частоты лазера непрерывного действия.
С момента их первой демонстрации кварцевых микротороидальных резонаторов, [ 1 ] Гребенки частот Керра были продемонстрированы на различных платформах микрорезонаторов, которые, в частности, также включают кристаллические микрорезонаторы. [ 2 ] и интегрированные фотонные платформы, такие как волноводные резонаторы из нитрида кремния . [ 3 ] Более поздние исследования еще больше расширили диапазон доступных платформ, который теперь включает в себя Diamond , [ 4 ] нитрид алюминия , [ 5 ] ниобат лития , [ 6 ] а для длин волн накачки среднего инфракрасного диапазона — кремний . [ 7 ]
Поскольку оба используют нелинейные эффекты среды распространения, физика керровских гребенок частот и генерации суперконтинуума импульсными лазерами очень схожа. Помимо нелинейности, для этих систем решающую роль играет и хроматическая дисперсия среды. В результате взаимодействия нелинейности и дисперсии могут образовываться солитоны . Наиболее подходящим типом солитонов для генерации гребенки частот Керра являются солитоны яркого диссипативного резонатора, [ 8 ] [ 9 ] которые иногда называют также диссипативными солитонами Керра (ДКС). Эти яркие солитоны помогли значительно продвинуться в области гребенок частот Керра, поскольку они позволяют генерировать ультракороткие импульсы, которые, в свою очередь, представляют собой когерентную широкополосную гребенку оптических частот более надежным способом, чем это было возможно раньше.
В своей простейшей форме, содержащей только керровскую нелинейность и дисперсию второго порядка, физика керровских гребенок частот и диссипативных солитонов может быть хорошо описана уравнением Луджиато-Лефевера . [ 10 ] Другие эффекты, такие как эффект Рамана [ 11 ] и эффекты дисперсии более высокого порядка требуют дополнительных членов в уравнении.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ П. Дель'Хэй ; А. Шлиссер; О. Арсисет; Т. Уилкен; Р. Хольцварт; Ти Джей Киппенберг (2007). «Генерация гребенки оптических частот из монолитного микрорезонатора». Природа . 450 (7173): 1214–7. arXiv : 0708.0611 . Бибкод : 2007Natur.450.1214D . дои : 10.1038/nature06401 . ПМИД 18097405 . S2CID 4426096 .
- ^ А.А. Савченков; А.Б. Мацко; В.С. Ильченко; И. Соломатина; Д. Зейдель; Л. Малеки (2008). «Перестраиваемая гребенка оптических частот с кристаллическим резонатором режима шепчущей галереи». Письма о физических отзывах . 101 (9): 093902. arXiv : 0804.0263 . Бибкод : 2008PhRvL.101i3902S . doi : 10.1103/PhysRevLett.101.093902 . ПМИД 18851613 . S2CID 33022368 .
- ^ Дж. С. Леви; А. Гондаренко; М. А. Фостер; AC Тернер-Фостер; А.Л. Гаэта; М. Липсон (2010). «КМОП-совместимый многоволновой генератор для встроенных оптических межсоединений». Природная фотоника . 4 (1): 37. Бибкод : 2010NaPho...4...37L . дои : 10.1038/NPHOTON.2009.259 .
- ^ Хаусманн, БЖМ; Булу, И.; Венкатараман, В.; Деотаре, П.; Лончар, М. (20 апреля 2014 г.). «Алмазная нелинейная фотоника». Природная фотоника . 8 (5): 369–374. Бибкод : 2014NaPho...8..369H . дои : 10.1038/nphoton.2014.72 . ISSN 1749-4893 .
- ^ Юнг, Ходжун; Сюн, Чи; Фонг, король Ю.; Чжан, Сюйфэн; Тан, Хун С. (1 августа 2013 г.). «Генерация гребенки оптических частот из микрокольцевого резонатора из нитрида алюминия». Оптические письма . 38 (15): 2810–2813. arXiv : 1307.6761 . Бибкод : 2013OptL...38.2810J . дои : 10.1364/OL.38.002810 . ISSN 1539-4794 . ПМИД 23903149 . S2CID 2349891 .
- ^ Ю. Он; К.-Ф. Ян; Дж. Линг; Р. Ло; Х. Лян; М. Ли; Б. Шен; Х. Ван; К.Дж. Вахала; Ц. Линь (2019). «Самозапускающаяся бихроматическая солитонная микросота LiNbO 3 ». Оптика . 6 (9): 1138–1144. arXiv : 1812.09610 . Бибкод : 2019Оптика...6.1138H . дои : 10.1364/OPTICA.6.001138 .
- ^ Гриффит, Остин Г.; Лау, Райан К.В.; Карденас, Хайме; Окавати, Ёситомо; Моханти, Асима; Фейн, Роми; Ли, Юн Хо Дэниэл; Ю, Мэнцзе; Фаре, Кристофер Т. (24 февраля 2015 г.). «Поколение гребенки среднего инфракрасного диапазона на кремниевых чипах». Природные коммуникации . 6 : ncomms7299. arXiv : 1408.1039 . Бибкод : 2015NatCo...6.6299G . дои : 10.1038/ncomms7299 . ПМИД 25708922 . S2CID 1089022 .
- ^ Т. Герр; В. Браш; Джей Ди Йост; Сай Ван; Н.М. Кондратьев; М. Л. Городецкий; Ти Джей Киппенберг (2014). «Временные солитоны в оптических микрорезонаторах». Природная фотоника . 8 (2): 145. arXiv : 1508.04989 . Бибкод : 2014NaPho...8..145H . дои : 10.1038/nphoton.2013.343 . S2CID 118546909 .
- ^ Эндрю М. Вайнер (2017). «Частотные гребенки: солитоны резонаторов достигают совершеннолетия». Природная фотоника . 11 (9): 533–535. дои : 10.1038/nphoton.2017.149 .
- ^ Луджиато, Луизиана; Лефевер, Р. (1987). «Пространственные диссипативные структуры в пассивных оптических системах» (PDF) . Письма о физических отзывах . 58 (21): 2209–2211. Бибкод : 1987PhRvL..58.2209L . doi : 10.1103/PhysRevLett.58.2209 . ПМИД 10034681 .
- ^ Х. Йи; К.-Ф. Ян; К.Я. Ян; К.Дж. Вахала (2016). «Теория и измерение сдвига собственной частоты солитона и эффективности в оптических микрорезонаторах» . Оптические письма . 41 (15): 3419–3422. Бибкод : 2016OptL...41.3419Y . дои : 10.1364/OL.41.003419 . ПМИД 27472583 .