Частотные гребенки Керра (также известные как гребенчатые гребенки микрорезонатора ) представляют собой гребенки оптических частот, которые генерируются лазером с непрерывной накачкой за счет керровской нелинейности . Это когерентное преобразование лазера накачки в частотную гребенку происходит внутри оптического резонатора, который обычно имеет размер от микрометра до миллиметра и поэтому называется микрорезонатором . Когерентная генерация частотной гребенки из лазера непрерывного действия с оптической нелинейностью в качестве усиления отличает частотные гребенки Керра от наиболее распространенных сегодня гребенок оптических частот. Эти частотные гребенки создаются лазерами с синхронизацией мод.где преобладающее усиление связано с обычной лазерной усиливающей средой с некогерентной накачкой. Поскольку гребенчатые гребенки Керра полагаются только на нелинейные свойства среды внутри микрорезонатора и не требуют широкополосной лазерной усиливающей среды, широкие гребенчатые гребенки Керра в принципе могут быть созданы вокруг любой частоты накачки.
Хотя принцип гребенчатых гребенок Керра применим к любому типу оптических резонаторов, требованием для генерации гребенчатых гребенок Керра является интенсивность поля лазера накачки выше параметрического порога нелинейного процесса. Это требование легче выполнить внутри микрорезонатора из-за возможных очень низких потерь внутри микрорезонаторов (и соответствующих высоких показателей качества ), а также из-за малых модовых объемов микрорезонаторов . Сочетание этих двух функций приводит к значительному усилению поля лазера накачки внутри микрорезонатора, что позволяет генерировать широкие гребенки керровских частот при разумных мощностях лазера накачки.
Одним из важных свойств гребенок Керра, которое является прямым следствием малых размеров микрорезонаторов и, как следствие, больших свободных спектральных диапазонов (FSR) , является большой интервал между модами типичных гребенок Керра. Для лазеров с синхронизацией мод этот интервал между модами, который определяет расстояние между соседними зубцами частотной гребенки, обычно находится в диапазоне от 10 МГц до 1 ГГц. Для частотных гребенок Керра типичный диапазон составляет примерно от 10 ГГц до 1 ТГц.
Когерентная генерация гребенки оптических частот с помощью лазера накачки с непрерывной волной не является уникальным свойством гребенок Керра. Этим свойством обладают также гребенки оптических частот, генерируемые каскадными оптическими модуляторами. Для определенного применения это свойство может быть выгодным. Например, для стабилизации частоты смещения гребенки частот Керра можно напрямую применить обратную связь к частоте лазера накачки. В принципе также возможно создать гребенку частот Керра вокруг конкретного лазера непрерывного действия, чтобы использовать полосу частот гребенки частот для определения точной частоты лазера непрерывного действия.
С момента их первой демонстрации в кремнеземных микротороидных резонаторах [1] гребенки частоты Керра были продемонстрированы в различных платформах микрорезонаторов, которые, в частности, также включают кристаллические микрорезонаторы [2] и интегрированные платформы фотоники, такие как волноводные резонаторы, сделанные из нитрида кремния . [3] Более поздние исследования расширили спектр доступных платформ дальнейшего который теперь включает алмаз , [4] нитрид алюминия , [5] ниобат лития , [6] и, для средней инфракрасной области длин волн накачки, кремний . [7]
Поскольку оба используют нелинейные эффекты среды распространения, физика гребенок Керра и генерации суперконтинуума импульсными лазерами очень похожи. Помимо нелинейности, решающую роль для этих систем играет хроматическая дисперсия среды. В результате взаимодействия нелинейности и дисперсии могут образовываться солитоны . Наиболее подходящим типом солитонов для генерации гребенки частот Керра являются яркие диссипативные солитоны резонатора [8] [9], которые иногда также называют диссипативными солитонами Керра (ДКС). Эти яркие солитоны помогли значительно расширить область применения гребенок Керра, поскольку они обеспечивают способ генерации сверхкоротких импульсов, которые, в свою очередь, представляют собой когерентную широкополосную оптическую гребенку более надежным способом, чем это было возможно раньше.
В своей простейшей форме с использованием только керровской нелинейности и дисперсии второго порядка физика керровских частотных гребенок и диссипативных солитонов может быть хорошо описана уравнением Луджиато – Лефевера . [10] Другие эффекты, такие как эффект комбинационного рассеяния [11] и эффекты дисперсии более высокого порядка, требуют дополнительных членов в уравнении.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ П. Дель'Хэй; А. Шлиссер; О. Аркизет; Т. Уилкен; Р. Хольцварт; Т. Дж. Киппенберг (2007). «Генерация оптических частотных гребенок из монолитного микрорезонатора». Природа . 450 (7173): 1214–7. arXiv : 0708.0611 . Bibcode : 2007Natur.450.1214D . DOI : 10,1038 / природа06401 . PMID 18097405 . S2CID 4426096 .
- ^ А.А. Савченков; А.Б. Мацко; В.С. Ильченко; I. Solomatine; Д. Зайдель; Л. Малеки (2008). "Перестраиваемая оптическая частотная гребенка с кристаллическим резонатором в моде шепчущей галереи". Письма с физическим обзором . 101 (9): 093902. arXiv : 0804.0263 . Bibcode : 2008PhRvL.101i3902S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.101.093902 . PMID 18851613 . S2CID 33022368 .
- ^ JS Levy; А. Гондаренко; М.А. Фостер; А.С. Тернер-Фостер; Аль-Гаэта; М. Липсон (2010). «КМОП-совместимый многоволновой генератор для встроенных оптических соединений». Природа Фотоника . 4 (1): 37. Bibcode : 2010NaPho ... 4 ... 37L . DOI : 10.1038 / NPHOTON.2009.259 .
- ^ Хаусманн, BJM; Bulu, I .; Venkataraman, V .; Deotare, P .; Лончар, М. (20 апреля 2014 г.). «Алмазная нелинейная фотоника». Природа Фотоника . 8 (5): 369–374. Bibcode : 2014NaPho ... 8..369H . DOI : 10.1038 / nphoton.2014.72 . ISSN 1749-4893 .
- ^ Чон, Ходжун; Сюн, Чи; Фонг, король Й .; Чжан, Сюйфэн; Тан, Хун Х. (1 августа 2013 г.). «Генерация гребенки оптических частот из микрокольца из нитрида алюминия». Письма об оптике . 38 (15): 2810–2813. arXiv : 1307,6761 . Bibcode : 2013OptL ... 38.2810J . DOI : 10.1364 / OL.38.002810 . ISSN 1539-4794 . PMID 23903149 .
- ^ Y. Он; Q.-F. Ян; Дж. Линг; Р. Ло; Х. Лян; М. Ли; Б. Шен; Х. Ван; К.Дж. Вахала; Q. Lin (2019). «Самозапускающийся бихроматический солитонный микрогребень LiNbO 3 ». Optica . 6 (9): 1138–1144. arXiv : 1812.09610 . Bibcode : 2019 Оптический ... 6.1138H . DOI : 10.1364 / OPTICA.6.001138 .
- ^ Гриффит, Остин Дж .; Лау, Райан KW; Карденас, Хайме; Окавачи, Ёситомо; Моханти, Асима; Файн, Роми; Ли, Юн Хо Даниэль; Ю, Мэнцзе; Phare, Кристофер Т. (24 февраля 2015 г.). "Генерация гребенки средней инфракрасной частоты на кремниевых чипах". Nature Communications . 6 : ncomms7299. arXiv : 1408.1039 . Bibcode : 2015NatCo ... 6.6299G . DOI : 10.1038 / ncomms7299 . PMID 25708922 . S2CID 1089022 .
- ^ T. Herr; В. Браш; JD Jost; CY Wang; Кондратьев Н.М. М.Л. Городецкий; Т. Дж. Киппенберг (2014). «Временные солитоны в оптических микрорезонаторах». Природа Фотоника . 8 (2): 145. arXiv : 1508.04989 . Bibcode : 2014NaPho ... 8..145H . DOI : 10.1038 / nphoton.2013.343 . S2CID 118546909 .
- ^ Эндрю М. Вайнер (2017). «Частотные гребни: резонаторные солитоны достигли совершеннолетия». Природа Фотоника . 11 (9): 533–535. DOI : 10.1038 / nphoton.2017.149 .
- ^ Лугиато, Луизиана; Лефевер Р. (1987). "Пространственные диссипативные структуры в пассивных оптических системах" (PDF) . Письма с физическим обзором . 58 (21): 2209–2211. Bibcode : 1987PhRvL..58.2209L . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.58.2209 . PMID 10034681 .
- ^ X. Yi; Q.-F. Ян; К.Ю. Ян; К.Дж. Вахала (2016). «Теория и измерение собственного сдвига частоты солитонов и эффективности в оптических микрорезонаторах» . Письма об оптике . 41 (15): 3419–3422. Bibcode : 2016OptL ... 41.3419Y . DOI : 10.1364 / OL.41.003419 . PMID 27472583 .