从疾病订购：利用光线湍流以产生高精度激光器

用环形波导制造的单片半导体激光器的显微镜图象。打开时，这些激光器中的光线表现出湍流，就像暴风雨云的运动一样。这种湍流是生成新频率梳理的关键。

我们都经历过动荡的空气和水，但你知道光也可以发动吗？

由Federico Capasso领导的国际研究人员团队，罗伯特L.华莱士在哈佛大学John A. Paulson Engineern和Apply Sciences学院（SEAR）的电气工程中的电气工程学院和Vinton Hayes高级研究员，已经利用了湍流在先前认为不能生产这种激光的系统中，光以创造特定类型的高精度激光器，称为激光频率梳。该发现可以用于新一代设备，用于光谱和传感等应用。

该研究在自然界中公布。

显示一个缺陷工程的圆环的细节的电子显微镜图象。空气狭缝用作波导中的反射点，诱导反向传播波。

频率梳理是广泛使用的工具，用于检测和测量具有独特精度的不同频率。与发出单个频率的传统激光器不同，这些激光器在锁柄中发出多个频率，均匀地间隔以类似于梳子的齿。如今，它们用于从环境监测和化学传感到寻找外产，光通信和高精度计量和时机的一切。

Capasso和他的团队在海上一直在努力使这些设备更高效，紧凑，适用于电信和便携式传感。

2019年，Capasso和他的团队PD如何从激光频率梳理中传输无线信号，创建第一激光发射器。研究人员使用了形状为非常小的套件KAT棒的半导体级级级联激光器，其通过从端到端弹出光产生频率梳子。这种弹出的光产生反向传播波，其彼此交互以产生梳状的不同频率。然而，这些设备仍然发出了在无线电通信应用中未使用的很多光。

“进入这项研究，我们的主要问题是我们如何为激光收音机做出更好的几何形状，”海洋海洋前任博士道的Marco Piccardo说，是本文的第一个作者。

Piccardo目前是米兰的Istituto Italiano di Tecnologia的研究员。

研究人员转向环形级联激光器，由于它们的圆形，可以产生具有非常低的光学损失的激光。然而，当涉及发电频率梳子时，环激光具有根本的问题：在完美的圆圈中行进的光束仅在一个方向上传播，顺时针或逆时针方向，因此不能产生形成A的反传播波梳子。为了克服这个问题，研究人员将小缺陷引入了环，并将结果与​​一组缺陷的戒指进行了比较。

但是当研究人员运行实验时，结果让每个人都惊喜。

完美的戒指，以前的物理理论表示，不可能产生频率梳，产生的频率梳理。

“当我们看到这一点时，我们认为这对我们来说很棒，因为这正是我们正在寻找的那种光，只有我们没有想到在这个特殊的实验中找到它。这一成功似乎与当前的激光理论相矛盾，“维也纳涂维也纳的研究员Benedikt Schwarz说，Chenedikt Schwarz说。

研究人员试图解释如何发生这种现象，最终发生了骚动。在流体中，当有序的流体流中断到越来越小的涡流彼此相互作用之前发生湍流，直到系统最终被打入混乱。在光明中，这采用波浪稳定性的形式，其中小扰动变得更大，更大，最终占据了系统的动态。

研究人员PD熄灭了用于泵浦激光的电流的小波动，即使在光波中也引起了小的不稳定性，即使在完美的环形激光器中也是如此。这些不稳定性彼此成长并相互作用，就像在湍流液中一样。然后，那些相互作用导致发生稳定的频率梳。

“我们不仅仅是改变了激光频率梳理的几何形状，我们发现了一个创建这些设备的全新系统，并在这样做时，重铸激光的根本规律，”皮卡多说。

在未来，这些设备可以用作集成光子电路上的电泵微谐振器。今天的芯片尺寸微谐振器是被动的，意味着能量需要从外部光学泵浦，增加系统尺寸和复杂性。但环激光频率梳有效，这意味着它可以通过将电流注入其中的电流来产生自己的光。它还提供对未被微小器覆盖的电磁谱的区域的访问。这可以在一系列应用中有用，例如光学光谱和化学传感。

“这是将被动微谐振器与主动频率梳理连接的第一个非常重要的步骤，”Capasso说。“结合这两个设备的优点可以具有重要的基本和技术影响。”

参考：Marco Piccardo，Benedikt Schwarz，Dmitry Kazakov，Maximilian Beiser，NikolaOpačak，山内宫，Jantanu Jha，Johannes Hillbrand，Michele Tamagnone，Wei Ting Chen，Alexander Y.Zhu，Lorenzo L. Zhu，Lorenzo L. Zhu，Lorenzo L. Columbo， Alexey Belyanin和Federico Capasso，2012年6月17日，Nature.Doi：
10.1038 / s41586-020-2386-6

该研究由Dmitry Kazakov，Maximilian Beiser，Nikola Opacak，Yongrui Wang，Shantanu Jha，Johannes Hillbrand，Michele Tamagnone，Wei Tamonnone，亚历山大Y.Zhu，Lorenzo L. Columbo和Alexey Belyanin山脉Hillbrand。

它得到了国家科学基金会在奖项号CCSS-1807323的支持下支持