波長測定精度はキロヘルツオーダーである。

中国科学技術大学の郭光燦院士率いる董春華教授と鄒長玲氏は最近、光周波数コムの中心周波数と繰り返し周波数をリアルタイムで独立制御できる汎用マイクロキャビティ分散制御機構を提案し、光波長の精密測定に適用したところ、波長測定精度がキロヘルツ（kHz）まで向上した。この研究成果はNature Communications誌に掲載された。
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、精密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、環境ノイズやレーザーノイズの影響、マイクロキャビティ内の非線形効果により、ソリトンマイクロコムの安定性は大きく制限され、低光量コムの実用化における大きな障害となっています。これまでの研究では、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リアルタイムフィードバックを実現し、光周波数コムを安定化・制御してきましたが、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がほぼ均一に変化し、コムの周波数と繰り返しを個別に制御することができませんでした。このため、低光量コムの実用化は、精密分光法、マイクロ波光子、光測距などの分野で大きく制限されていました。

この問題を解決するため、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をリアルタイムで独立して制御できる新しい物理メカニズムを提案した。2種類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、異なる次数のマイクロキャビティの分散を独立して制御し、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った。この分散制御メカニズムは、窒化ケイ素やニオブ酸リチウムなど、広く研究されている様々な集積フォトニックプラットフォームに普遍的に適用可能である。

研究チームは、励起レーザーと補助レーザーを用い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、励起モード周波数の適応安定性と周波数コム繰り返し周波数の独立制御を実現した。光コムを基に、任意のコム周波数の高速かつプログラム可能な制御を実証し、これを波長の精密測定に応用することで、キロヘルツオーダーの測定精度と複数波長の同時測定能力を備えた波長計を実証した。これまでの研究結果と比較すると、研究チームが達成した測定精度は3桁向上している。

本研究で実証された再構成可能なソリトンマイクロコムは、低コストでチップ集積型の光周波数標準を実現するための基礎を築くものであり、精密測定、光時計、分光法、通信などの分野に応用されるだろう。