三年前，当我们最后一次与加州理工学院的Kerry Vahala联系时，他的实验室最近报道了一种称为交钥匙频率微梳的新型光学设备的开发，该设备可用于数字通信，精确计时，光谱学甚至天文学。
该器件在硅晶圆上制造，接受一个频率的输入激光，并将其转换为一组均匀分布的许多不同频率，形成一串脉冲，其长度可短至100飞秒。
现在，加州理工学院信息科学与技术与应用物理学的 Ted and Ginger Jenkins 教授兼应用物理学和材料科学执行官 Vahala 与他的研究小组成员以及加州大学圣巴巴拉分校的 John Bowers 小组一起，在一种称为超低损耗氮化硅的重要新材料中短脉冲的形成方式方面取得了突破。 由硅和氮形成的化合物。氮化硅被制备成非常纯净并沉积在薄膜中。
原则上，由这种材料制成的短脉冲微梳器件需要非常低的功率才能运行。不幸的是，由于一种称为色散的特性，短光脉冲无法在这种材料中正确产生，这会导致光或其他电磁波以不同的速度传播，具体取决于它们的频率。ULL具有所谓的法向色散，这可以防止由ULL氮化物制成的波导支持微梳操作所需的短脉冲。
在发布在《自然光子学》上的一篇论文中，研究人员讨论了他们开发的新微梳，该微梳通过成对产生脉冲来克服ULL氮化物固有的光学限制。这是一项重大发展，因为ULL氮化物是用与制造计算机芯片相同的技术制造的。这种制造技术意味着这些微梳有朝一日可以集成到各种手持设备中，其形式类似于智能手机。
普通微梳最显着的特征是一个小的光学环，看起来有点像一个小小的赛道。在操作过程中，孤子会自动形成并在其周围循环。
“然而，当这个环路由ULL氮化物制成时，色散会破坏孤子脉冲的稳定性，”合著者、应用物理学研究生Zhiquan Yuan说。
把环路想象成一个有汽车的赛道。如果有些汽车行驶得更快，有些行驶得更慢，那么它们会在绕着赛道行驶时分散开来，而不是保持紧密的包装。同样，ULL的正常色散意味着光脉冲在微梳波导中扩散，微梳停止工作。
该团队设计的解决方案是创建多个赛道，将它们配对，使它们看起来有点像 8 字形。在“8”的中间，两条轨道彼此平行，彼此之间只有很小的间隙。
如果我们继续用赛道来类比，这就像两条赛道直接共享一条赛道。当每条赛道的汽车汇聚在那个共享区域时，它们会遇到交通拥堵之类的事情。就像高速公路上的两条车道合并为一条车道迫使汽车减速一样，两个微梳的连体部分迫使成对的激光脉冲聚集在一起。这种聚集抵消了脉冲扩散的趋势，并使微梳能够正常工作。
“实际上，这抵消了正常的色散，并使整个复合系统等同于异常色散，”研究生和合著者Maodong Gao说。
当人们增加更多的赛道时，这个想法就会得到扩展，该团队已经通过创建两组脉冲对展示了三个赛道将如何运行。Vahala认为，即使在许多耦合的赛道中，这种现象也将继续起作用，从而提供了一种为孤子脉冲创建大型光子电路阵列的方法。
