微谐振器提供了一种更简单的光脉冲传感方法

超短光脉冲在许多应用中变得越来越重要，包括距离测量，分子指纹识别和超快速采样。这些应用中的许多不仅依赖于单个脉冲流 - 也称为“光学频率梳” - 而是需要两个甚至三个。尽管如此，与传统技术相比，这些多梳方法显着加快了采集时间。

这些短光脉冲序列通常由大脉冲激光源产生。因此，多梳应用需要几个这样的激光器，通常成本和复杂性都很高。此外，脉冲序列的相对定时及其相位必须非常好地同步，这需要使激光器同步的有源电子器件。

在Nature Photonics发表的一篇新论文中，EPFL的Tobias J. Kippenberg研究小组与俄罗斯量子中心的Michael Gorodetsky小组合作开发了一种更简单的生成多频梳的方法。该技术使用称为“光学微谐振器”的小型设备来创建光学频率梳而不是传统的脉冲激光器。

微谐振器由直径为几毫米的结晶盘组成。由于设备的特殊非线性特性，磁盘捕获连续的激光并将其转换为超短脉冲 - 孤子。孤子在微谐振器周围每秒传播120亿次。在每一轮中，孤子的一部分离开谐振器，产生光脉冲流。

研究人员在这里使用的微谐振器具有一个特殊的特性，它允许光以多种不同的方式在光盘中传播，称为谐振器的空间模式。通过同时以几种模式发射连续光波，可以同时获得多种不同的孤子态。通过这种方式，科学家们能够同时产生多达三个频率梳。

工作原理与光纤通信中使用的空间复用相同：信息可以在多模光纤的不同空间模式上并行发送。这里，梳子在微谐振器的不同空间模式中产生。

该方法有几个优点，但主要的优点是它不需要复杂的同步电子设备。“所有脉冲都在同一个物体中循环，这减少了潜在的定时漂移，就像两个独立的脉冲激光器一样，”该论文的第一作者Erwan Lucas解释道。“我们还通过使用调制器从相同的初始激光器获得所有连续波，这消除了相位同步的需要。”

使用这种多路复用方案，该团队展示了几种应用，例如双梳光谱或快速光学采样。采集时间可以在几分之一毫秒到100纳秒之间调整。

作者现在正在开发一个带有三梳源的新演示：“我们没有计划进行演示，因为我们不希望我们的方案如此容易地工作，”卢卡斯说。“我们显然正在努力。”

该技术可与光子元件和硅微芯片集成。在芯片上建立多梳子生成可以催化各种应用，例如集成光谱仪或LIDAR，并且可以使光学传感更容易获得。