波長測定精度はキロヘルツのオーダーです

中国科学技術大学から最近学んだ、郭広缶大学の学者チーム、Dong Chunhua教授と共同研究者のZou Changlingは、光周波数コム中心のリアルタイム独立制御を実現するためのユニバーサルマイクロキャビティ分散制御機構を提案しました。周波数と繰り返し周波数を調整し、光波長の精密測定に適用すると、波長測定精度はキロヘルツ（kHz）まで向上しました。この研究結果は、Nature Communications 誌に掲載されました。
光マイクロキャビティに基づくソリトンマイクロコムは、高精度分光法や光時計の分野で大きな研究関心を集めています。しかし、環境やレーザーノイズ、マイクロキャビティ内の追加の非線形効果の影響により、ソリトンマイクロコムの安定性は大きく制限され、低光レベルコムの実用化において大きな障害となる。以前の研究では、科学者らは材料の屈折率やマイクロキャビティの形状を制御することで光周波数コムを安定化および制御し、リアルタイムのフィードバックを実現しました。これにより、マイクロキャビティ内のすべての共振モードにほぼ均一な変化が同時に引き起こされました。時間、櫛の周波数と繰り返しを独立して制御する機能がありません。これにより、高精度分光法、マイクロ波光子、光学測距などの実際の場面での低光コムの応用が大幅に制限されます。

この問題を解決するために、研究チームは、光周波数コムの中心周波数と繰り返し周波数の独立したリアルタイム調整を実現する新しい物理メカニズムを提案しました。 2 つの異なるマイクロキャビティ分散制御方法を導入することで、研究チームはマイクロキャビティの異なる次数の分散を独立して制御できるようになり、光周波数コムの異なる歯周波数を完全に制御できるようになりました。この分散制御メカニズムは、窒化シリコンやニオブ酸リチウムなどのさまざまな統合フォトニックプラットフォームに共通であり、広く研究されています。

研究チームは、ポンピングレーザーと補助レーザーを使用して、マイクロキャビティの異なる次数の空間モードを独立して制御し、ポンピングモード周波数の適応的安定性と周波数コム繰り返し周波数の独立した調整を実現しました。研究チームは、光コムに基づいて、任意のコム周波数の高速でプログラム可能な調整を実証し、それを波長の精密測定に適用し、キロヘルツオーダーの測定精度と複数の波長を同時に測定できる波長計を実証した。以前の研究結果と比較して、研究チームが達成した測定精度は3桁の向上に達しました。

この研究結果で実証された再構成可能なソリトンマイクロコムは、精密測定、光時計、分光、通信などに応用される、低コストのチップ統合型光周波数標準実現の基礎となる。