ความแม่นยำในการวัดความยาวคลื่นอยู่ในระดับกิโลเฮิร์ตซ์

เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน นำโดยศาสตราจารย์ตง ชุนฮวา และศาสตราจารย์โจว ชางหลิง ได้เสนอแนวคิดกลไกควบคุมการกระจายตัวของไมโครแควิทีแบบสากล เพื่อให้สามารถควบคุมความถี่ศูนย์กลางและความถี่การทำซ้ำของหวีความถี่แสงแบบเรียลไทม์ได้อย่างอิสระ และนำไปประยุกต์ใช้ในการวัดความยาวคลื่นแสงอย่างแม่นยำ โดยความแม่นยำในการวัดความยาวคลื่นเพิ่มขึ้นเป็นกิโลเฮิร์ตซ์ (kHz) ผลการวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications
ไมโครคอมบ์โซลิตอนที่ใช้ไมโครแควิทีเชิงแสงได้รับความสนใจอย่างมากในการวิจัยด้านสเปกโทรสโกปีความแม่นยำสูงและนาฬิกาเชิงแสง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอิทธิพลของสัญญาณรบกวนจากสิ่งแวดล้อมและเลเซอร์ รวมถึงผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นเพิ่มเติมในไมโครแควิที ความเสถียรของไมโครคอมบ์โซลิตอนจึงถูกจำกัดอย่างมาก ซึ่งกลายเป็นอุปสรรคสำคัญในการใช้งานจริงของคอมบ์ในระดับแสงน้อย ในงานวิจัยก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ทำให้ความถี่ของคอมบ์เชิงแสงมีความเสถียรและควบคุมได้โดยการควบคุมดัชนีหักเหของวัสดุหรือรูปทรงเรขาคณิตของไมโครแควิทีเพื่อให้ได้ผลตอบรับแบบเรียลไทม์ ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่เกือบสม่ำเสมอในโหมดเรโซแนนซ์ทั้งหมดในไมโครแควิทีพร้อมกัน ขาดความสามารถในการควบคุมความถี่และการทำซ้ำของคอมบ์อย่างอิสระ ซึ่งจำกัดการใช้งานของคอมบ์ในระดับแสงน้อยในสถานการณ์จริงของสเปกโทรสโกปีความแม่นยำสูง โฟตอนไมโครเวฟ การวัดระยะเชิงแสง ฯลฯ อย่างมาก

เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมวิจัยได้เสนอวิธีการทางฟิสิกส์แบบใหม่เพื่อควบคุมความถี่ศูนย์กลางและความถี่การทำซ้ำของหวีความถี่แสงแบบเรียลไทม์ได้อย่างอิสระ โดยการนำวิธีการควบคุมการกระจายตัวของไมโครแควิทีสองแบบที่แตกต่างกันมาใช้ ทีมงานสามารถควบคุมการกระจายตัวของไมโครแควิทีในลำดับต่างๆ ได้อย่างอิสระ เพื่อให้สามารถควบคุมความถี่ของฟันแต่ละซี่ในหวีความถี่แสงได้อย่างสมบูรณ์ กลไกการควบคุมการกระจายตัวนี้สามารถนำไปใช้ได้กับแพลตฟอร์มโฟโตนิกแบบบูรณาการต่างๆ เช่น ซิลิคอนไนไตรด์และลิเธียมไนโอเบต ซึ่งมีการศึกษาอย่างกว้างขวางแล้ว

ทีมวิจัยใช้เลเซอร์ปั๊มและเลเซอร์เสริมเพื่อควบคุมโหมดเชิงพื้นที่ของลำดับต่างๆ ในไมโครแควิทีอย่างอิสระ เพื่อให้ได้ความเสถียรในการปรับตัวของความถี่โหมดปั๊มและการควบคุมความถี่การทำซ้ำของหวีความถี่อย่างอิสระ โดยอาศัยหวีความถี่แสง ทีมวิจัยได้สาธิตการควบคุมความถี่หวีความถี่แบบโปรแกรมได้รวดเร็ว และนำไปประยุกต์ใช้ในการวัดความยาวคลื่นอย่างแม่นยำ โดยสาธิตเครื่องวัดความยาวคลื่นที่มีความแม่นยำในการวัดระดับกิโลเฮิร์ตซ์และสามารถวัดความยาวคลื่นหลายๆ ค่าพร้อมกันได้ เมื่อเปรียบเทียบกับผลการวิจัยก่อนหน้านี้ ความแม่นยำในการวัดที่ทีมวิจัยทำได้นั้นดีขึ้นถึงสามลำดับความ magnitud

ไมโครคอมบ์โซลิตอนที่ปรับเปลี่ยนโครงสร้างได้ซึ่งแสดงให้เห็นในผลการวิจัยนี้ วางรากฐานสำหรับการสร้างมาตรฐานความถี่แสงแบบบูรณาการบนชิปต้นทุนต่ำ ซึ่งจะนำไปประยุกต์ใช้ในการวัดความแม่นยำ นาฬิกาแสง สเปกโทรสโกปี และการสื่อสาร