光学尺的扩展频率支持精确导航

美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的研究人员将芯片级设备能够准确产生和测量光波振荡的频率范围扩大了近三分之二。 该系统的扩展范围，即微环谐振器频率梳（microcomb），可以产生更好的温室气体传感器，还可以改善全球导航系统。 相关研究发表在《Nature Communications》。

微梳由一个微型矩形波导（一个限制光波的通道）组成，耦合到一个直径约 50 µm 的环形谐振器，注入波导的激光进入微环谐振器并围绕环运行。

图注：针对微梳行为的波长测量，以及孤子状态的测量。 NIST 的研究人员使用两个激光器生产了微梳，每台激光器产生不同频率的光。 通过与微环谐振器内循环的孤子光的相互作用，第二束激光产生了两组齿，它们复制了系统中的原始齿，但也被转移到更高和更低的频率。 较低的频率集位于光谱的红外部分，而另一个则转移到接近可见波段的更高频率。 来源：由 NIST 提供。

通常，循环光的振幅开始变化，可以形成各种模式。然而，通过仔细调整激光，微环内的光会形成一个孤子——一个孤立的波脉冲，当它在环周围移动时会保持其形状。每当孤子绕着微环完成一次行程时，一部分脉冲就会分裂并进入波导。很快，一整串波脉冲充满了波导，并且每个波在时间上与其相邻波之间的间隔相同，即孤子绕环完成一圈所用的时间。波导中的波脉冲序列对应于一组均匀分布的频率，并形成频率梳的齿。齿的数量和幅度主要取决于环的大小和组成以及激光的功率和频率。

研究人员使用两束激光制作了一个微梳，每束激光产生不同频率的光。通过与在微环谐振器内循环的孤子光进行一系列复杂的相互作用，第二个激光诱导了两组齿，或均匀间隔的频率，它们复制了原始的一组齿，但也被转移到更高和更低的频率。较低的频率组位于光谱的红外部分，而另一个频率组则位于接近可见波段的高得多的频率。梳子还保留了近红外频率的原始齿。

据研究人员称，微型梳子的扩展范围可实现各种频率的应用。团队负责人 Kartik Srinivasan 说，该系统标志着研究人员首次生产出稳定的微梳，将如此广泛的频率联系在一起。

此外，与微环谐振器的形状或组成无关，诱导齿组可以移动到更高或更低的频率。这是通过改变第二个激光的频率来实现的。

该团队的研究结果可以使单个微梳能够测量原子和分子的特征振动，包括在很宽的频率范围内发射和吸收光的污染物，从而提高探测器的灵敏度。更广泛的覆盖范围还可以帮助稳定微梳，使其刻度线保持固定，而不是稍微偏离其原始颜色集。

博士后研究员 Gregory Moille 说，增强的稳定性可能会促进便携式光学原子钟的发展，这些光学原子钟的精度足以在实验室外使用，从而导致更精确的导航系统。