ความแม่นยำในการวัดความยาวคลื่นอยู่ในระดับกิโลเฮิรตซ์

เมื่อไม่นานมานี้ ทีมนักวิชาการของมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน ศาสตราจารย์ Dong Chunhua และ Zou Changling ได้เสนอกลไกควบคุมการกระจายไมโครคาวิตี้สากล ซึ่งจะช่วยให้สามารถควบคุมความถี่กลางหวีแสงและความถี่การทำซ้ำแบบเรียลไทม์ได้อย่างอิสระ และเมื่อนำไปใช้ในการวัดความยาวคลื่นแสงอย่างแม่นยำ ความแม่นยำในการวัดความยาวคลื่นจะเพิ่มขึ้นเป็นกิโลเฮิรตซ์ (kHz) ผลการวิจัยดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications
ไมโครคอมบ์โซลิตอนซึ่งใช้ไมโครคาวิตี้แบบออปติคัลได้ดึงดูดความสนใจจากการวิจัยในสาขาสเปกโตรสโคปีความแม่นยำและนาฬิกาออปติคัลเป็นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอิทธิพลของสัญญาณรบกวนจากสิ่งแวดล้อมและเลเซอร์ และผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นเพิ่มเติมในไมโครคาวิตี้ ความเสถียรของไมโครคอมบ์โซลิตอนจึงถูกจำกัดอย่างมาก ซึ่งกลายเป็นอุปสรรคสำคัญในการใช้งานหวีระดับแสงต่ำในทางปฏิบัติ ในงานก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ทำให้หวีความถี่ออปติคัลเสถียรและควบคุมโดยควบคุมดัชนีหักเหของวัสดุหรือรูปทรงของไมโครคาวิตี้เพื่อให้ได้ผลตอบรับแบบเรียลไทม์ ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่เกือบสม่ำเสมอในทุกโหมดเรโซแนนซ์ในไมโครคาวิตี้ในเวลาเดียวกัน โดยขาดความสามารถในการควบคุมความถี่และการทำซ้ำของหวีอย่างอิสระ สิ่งนี้จำกัดการใช้งานหวีแสงต่ำในฉากจริงของสเปกโตรสโคปีความแม่นยำ โฟตอนไมโครเวฟ การวัดระยะออปติคัล ฯลฯ อย่างมาก

เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมวิจัยได้เสนอกลไกทางกายภาพใหม่เพื่อให้เกิดการควบคุมความถี่กลางและความถี่การทำซ้ำของหวีความถี่ออปติกแบบเรียลไทม์โดยอิสระ โดยการนำวิธีการควบคุมการกระจายไมโครแควิตี้สองวิธีที่แตกต่างกันมาใช้ ทีมวิจัยสามารถควบคุมการกระจายของไมโครแควิตี้ลำดับต่างๆ ได้อย่างอิสระ เพื่อให้สามารถควบคุมความถี่ฟันต่างๆ ของหวีความถี่ออปติกได้อย่างสมบูรณ์ กลไกการควบคุมการกระจายนี้ใช้ได้กับแพลตฟอร์มโฟโตนิกส์แบบบูรณาการต่างๆ เช่น ซิลิกอนไนไตรด์และลิเธียมไนโอเบต ซึ่งได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง

ทีมวิจัยใช้เลเซอร์ปั๊มและเลเซอร์เสริมเพื่อควบคุมโหมดเชิงพื้นที่ของไมโครคาวิตี้ที่มีลำดับต่างกันอย่างอิสระ เพื่อให้ได้เสถียรภาพแบบปรับตัวของความถี่โหมดปั๊มและการควบคุมความถี่ซ้ำของหวีความถี่อย่างอิสระ โดยอาศัยหวีออปติก ทีมวิจัยได้สาธิตการควบคุมความถี่หวีตามอำเภอใจที่รวดเร็วและตั้งโปรแกรมได้ และนำไปใช้กับการวัดความยาวคลื่นอย่างแม่นยำ โดยสาธิตเครื่องวัดคลื่นที่มีความแม่นยำในการวัดในระดับกิโลเฮิรตซ์และสามารถวัดความยาวคลื่นหลายความยาวคลื่นพร้อมกันได้ เมื่อเปรียบเทียบกับผลการวิจัยครั้งก่อน ความแม่นยำในการวัดที่ทีมวิจัยทำได้นั้นได้ปรับปรุงดีขึ้นถึงสามระดับ

ไมโครคอมบ์โซลิตอนที่สามารถกำหนดค่าใหม่ที่สาธิตในผลการวิจัยนี้วางรากฐานสำหรับการตระหนักรู้ของมาตรฐานความถี่ออปติกแบบรวมชิปราคาประหยัด ซึ่งจะนำไปใช้ในการวัดความแม่นยำ นาฬิกาออปติก การสเปกโตรสโคปี และการสื่อสาร