SPIE李宇春 波导设计，张等
doi 10
1117/1
美国联合通讯社(Associated Press)
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四
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信用:SPIE 频率梳正在成为21世纪最伟大的使能技术之一
高精度原子钟和高精度光谱学只是得益于高精度频率梳发展的两项技术
然而，最初的频率梳源需要一屋子的设备
事实证明，如果你认为一个装满精密设备的房间对于商业应用来说是完美的，开发工程师会径直走向最近的出口
这些缺点可以通过制造基于芯片的设备来解决，这些设备实际上足够坚固，可以承受日常使用的苛刻条件
要做到这一点，科学家必须平衡材料属性和光在波导中的行为
这种平衡更容易在玻璃中实现，而对于应用和与现有器件的集成，最好使用硅
很难用硅波导制作非常宽的频率梳，但是巧妙的波导工程可能会让这项任务变得简单一些
张和他的同事在《高级光子学》杂志上报道，他们展示了一种制作渐变折射率波导的方法，这种波导可以使频率梳的宽度增加一倍以上(与普通波导相比)
更宽梳的峰对齐？ 频率梳是一种光谱，由许多间隔相等的非常清晰的频率组成
功率谱看起来很像梳子，因此得名
频率梳产生是允许光产生新颜色光的材料属性(称为光学非线性)、光遵循的路径配置(光学谐振器)和色散(光速如何随材料中的波长而变化)之间的微妙平衡
最后一项，分散，通常是杀手，这也是张和同事们工作的重点
为了产生一个非常宽的频率梳，组成梳的颜色必须彼此同相
具体来说:如果两个波在某一点的波峰排成一行，那么在空间和时间上更远的某一点，这些波峰应该仍然排成一行
但是，通常情况下，这种情况不会发生，并且峰值会相互滑过，从而阻止任何新频率的产生
救援工程 为了补偿材料的色散，研究人员经常求助于波导工程
因为波导是由材料制成的，所以它们具有色散，并且波导本身的限制引入了另一种类型的色散
这种色散取决于波导的形状、尺寸以及使用的材料
这使得工程师可以通过他们的波导设计来对抗材料色散
但是，这在硅上是一项艰巨的工作
与玻璃包层相比，硅芯具有较大的折射率
这两者之间的巨大差异造成了一种强烈的分散，过度补偿了物质的分散
张和他的同事们认为玻璃包层和硅芯之间的界面不必很尖锐
他们设计了一种波导管，它有一个鱼骨结构的硅芯，向外延伸到玻璃包层中
混合区域的有效折射率是玻璃和硅的平均值，它从硅逐渐过渡到玻璃:渐变折射率波导
在渐变折射率中，红色扩展到占据波导的更大区域，而蓝色则受到更严格的限制
净效应是不同的波长表现得好像它们在不同宽度的波导中传播，而实际上它们在同一波导中一起传播
研究人员称这种效应为自适应边界
他们探索了鱼骨结构的不同配置
每种配置都增加了色散较小的波长范围
为了证实渐变折射率波导会产生更好的频率梳，研究小组在标准和渐变折射率波导中模拟了频率梳的产生
他们发现频谱从20兆赫扩展到44兆赫
开灯 到目前为止，研究人员只计算和模拟了它们的结构
然而，所提出的结构都是在考虑到制造的情况下选择的，所以一旦他们得到了他们的兔女郎套装，测试设备就应该上路了
然后硅频率梳可以真正支撑他们的东西
一个很好的例子:硅在很宽的红外范围内是透明的，这也是光谱识别分子所需的波长范围
基于芯片的频率梳将实现高精度和高灵敏度的紧凑型光谱仪
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