作者:本·普
斯坦，国家标准与技术研究所 在低温冷却的激光微谐振器频率梳中产生一组稳定频率的实验装置
这种环形微型谐振器足够小，可以安装在微芯片上，以非常低的激光功率工作，由半导体铝砷化镓制成
信用:NIST 就像一根带有数百个刻度线的米尺可以用来非常精确地测量距离一样，一种被称为激光频率梳的设备，以其数百个均匀间隔、清晰定义的频率，可以非常精确地测量光波的颜色
这些梳子小到可以装在芯片上，它们的微型版本之所以如此命名，是因为它们的一组均匀间隔的频率类似于梳子的齿，这使得新一代原子钟成为可能，通过光纤传输的信号数量大幅增加，并且能够识别星光中暗示存在未知行星的微小频率偏移
由美国国家标准与技术研究所(NIST)和加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)的研究人员开发的最新版本的这种基于芯片的“微型计算机”，通过改进和扩展这些微型设备的功能，有望进一步提高时间和频率测量
这些频率微谐振器的核心是一个光学微谐振器，这是一个大约人类头发宽度的环形装置，来自外部激光器的光在其中传播数千次，直到形成高强度
通常由玻璃或氮化硅制成的微梳通常需要用于外部激光的放大器，这使得梳复杂、笨重且生产成本高
NIST的科学家和他们在UCSB的合作者已经证明，由半导体铝砷化镓制成的微电容器有两个基本特性，这使得它们特别有前途
这种新型梳子工作在如此低的功率下，以至于不需要放大器，而且它们可以被操纵来产生一组非常稳定的频率——这正是使用微芯片梳子作为ol的敏感元件以非常高的精度测量频率所需要的
(这项研究是NIST芯片计划的一部分
) NIST科学家格雷戈里·莫伊勒说，新开发的微库仑技术可以帮助工程师和科学家在实验室外进行精确的光学频率测量
此外，微电容器可以通过类似于已经用于制造微电子的纳米制造技术来大规模生产
UCSB的研究人员领导了早期对由铝砷化镓组成的微型谐振器的研究
由这些微型谐振器制成的频率梳只需要由其他材料制成的设备的百分之一的功率
然而，科学家们一直无法证明一个关键特性——由这种半导体制成的微型谐振器可以产生一组不稳定或高度稳定的离散频率
NIST团队通过将微型谐振器放置在定制的低温装置中来解决这个问题，该装置允许研究人员在绝对零度以上4度的低温下探测设备
低温实验表明，激光产生的热量和微型谐振器中循环的光之间的相互作用是阻碍该装置产生成功运行所需的高稳定频率的唯一障碍
在低温下，研究小组证明它可以达到所谓的孤立子状态——在这种状态下，单个光脉冲不会改变它们的形状、频率或速度，而是在微型谐振器内循环
研究人员在六月份的《激光和光子学评论》上描述了他们的工作
利用这种孤子，频率梳的所有齿彼此同相，因此它们可以用作标尺来测量光学时钟、频率合成或基于激光的距离测量中使用的频率
虽然最近开发的一些低温系统足够小，可以在实验室外与新的微型计算机一起使用，但最终目标是在室温下操作该设备
新的发现表明，科学家将不得不淬火或完全避免过度加热，以实现室温操作
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