ความแม่นยำในการวัดความยาวคลื่นอยู่ในระดับกิโลเฮิรตซ์

เมื่อไม่นานมานี้ ศาสตราจารย์ตง ชุนหัว นักวิชาการจากมหาวิทยาลัยกัว กวงฉาน และผู้ร่วมงาน โจว ชางหลิง ได้นำเสนอกลไกควบคุมการกระจายตัวของไมโครแควิตี้แบบสากล ซึ่งสามารถควบคุมความถี่กลางของหวีแสงและความถี่ซ้ำได้แบบเรียลไทม์ และนำไปประยุกต์ใช้กับการวัดความยาวคลื่นแสงอย่างแม่นยำ โดยเพิ่มความแม่นยำในการวัดความยาวคลื่นเป็นกิโลเฮิรตซ์ (kHz) ผลการวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications
ไมโครคอมบ์โซลิตอนที่ใช้ไมโครแควิตี้เชิงแสงได้รับความสนใจอย่างมากในงานวิจัยด้านสเปกโทรสโกปีความแม่นยำและนาฬิกาเชิงแสง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอิทธิพลของสัญญาณรบกวนจากสิ่งแวดล้อมและเลเซอร์ รวมถึงผลกระทบแบบไม่เชิงเส้นเพิ่มเติมในไมโครแควิตี้ ความเสถียรของไมโครคอมบ์โซลิตอนจึงมีจำกัดอย่างมาก ซึ่งเป็นอุปสรรคสำคัญในการใช้งานหวีวัดระดับแสงต่ำในทางปฏิบัติ ในงานก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ทำให้หวีวัดความถี่แสงมีเสถียรภาพและควบคุมโดยการควบคุมดัชนีหักเหของวัสดุหรือรูปทรงเรขาคณิตของไมโครแควิตี้เพื่อให้ได้ผลป้อนกลับแบบเรียลไทม์ ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ใกล้เคียงกันในทุกโหมดเรโซแนนซ์ในไมโครแควิตี้ในเวลาเดียวกัน ทำให้ขาดความสามารถในการควบคุมความถี่และการวนซ้ำของหวีวัดได้อย่างอิสระ สิ่งนี้จำกัดการประยุกต์ใช้หวีวัดระดับแสงต่ำในฉากการใช้งานจริงของสเปกโทรสโกปีความแม่นยำ โฟตอนไมโครเวฟ การวัดระยะแสง ฯลฯ

เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมวิจัยได้เสนอกลไกทางกายภาพแบบใหม่เพื่อควบคุมความถี่กลางและความถี่ซ้ำของหวีความถี่แสงแบบเรียลไทม์อย่างอิสระ ด้วยการนำเสนอวิธีการควบคุมการกระจายตัวของไมโครแควิตี้สองแบบที่แตกต่างกัน ทีมวิจัยสามารถควบคุมการกระจายตัวของไมโครแควิตี้ลำดับต่างๆ ได้อย่างอิสระ เพื่อให้สามารถควบคุมความถี่ฟันของหวีความถี่แสงแต่ละความถี่ได้อย่างครบถ้วน กลไกการควบคุมการกระจายตัวนี้สามารถใช้ได้กับแพลตฟอร์มโฟโตนิกส์แบบผสมผสานต่างๆ เช่น ซิลิคอนไนไตรด์และลิเธียมไนโอเบต ซึ่งได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง

ทีมวิจัยได้ใช้เลเซอร์สูบน้ำและเลเซอร์เสริมเพื่อควบคุมโหมดเชิงพื้นที่ของไมโครคาวิตี้ลำดับต่างๆ อย่างอิสระ เพื่อให้ได้เสถียรภาพในการปรับตัวของความถี่โหมดสูบน้ำและการควบคุมความถี่ซ้ำของหวีความถี่อย่างอิสระ ทีมวิจัยได้สาธิตการควบคุมความถี่หวีความถี่ใดๆ ได้อย่างรวดเร็วและสามารถตั้งโปรแกรมได้ โดยใช้หวีแสง และนำไปประยุกต์ใช้กับการวัดความยาวคลื่นที่แม่นยำ โดยสาธิตเครื่องวัดคลื่นที่มีความแม่นยำในการวัดระดับกิโลเฮิรตซ์ และสามารถวัดความยาวคลื่นได้หลายความยาวคลื่นพร้อมกัน เมื่อเทียบกับผลการวิจัยก่อนหน้านี้ ความแม่นยำในการวัดที่ทีมวิจัยทำได้นั้นเพิ่มขึ้นถึงสามเท่า

ไมโครคอมบ์โซลิตันที่กำหนดค่าใหม่ซึ่งสาธิตในผลการวิจัยนี้วางรากฐานสำหรับการสร้างมาตรฐานความถี่ออปติกแบบบูรณาการชิปต้นทุนต่ำ ซึ่งจะนำไปใช้ในการวัดความแม่นยำ นาฬิกาออปติก สเปกโตรสโคปี และการสื่อสาร