خلاصه خبر:
دانشمندان اولین شانه فرکانس توپولوژیکی را با استفاده از یک تراشه نیترید سیلیکون با صدها حلقه میکروسکوپی ساخته اند. این نوآوری نور لیزری چند رنگ را با فرکانس‌های متعدد و یکنواخت تولید میکند و کوچک‌سازی شانه‌های فرکانس را پیش می‌برد. این تحقیق که توسط همکاران JQI: محمد حافظی و Kartik Srinivasan رهبری می‌شود، حلقه‌های تشدیدکننده و فوتونیک توپولوژیکی را برای گردش نور لیزر در اطراف لبه تراشه ترکیب میکند و آن را به یک شانه فرکانس تودرتو تقسیم میکند. این دستگاه می‌تواند ساعت‌های اتمی، سنسورهای کوانتومی و سایر کاربردهای دقیق را بهبود بخشد. دستیابی به این امر به تکرارهای طراحی گسترده و راه حل های لیزری سفارشی نیاز داشت. این پیشرفت نه تنها باعث پیشرفت فناوری شانه فرکانس می شود، بلکه راه های تحقیقاتی جدیدی را در فوتونیک توپولوژیکی باز میکند.
توضیحات تکمیلی:
دانشمندان اولین شانه فرکانس توپولوژیکی را ایجاد کرده اند که راه را برای منابع نور لیزری چند رنگ فشرده و قوی هموار می کند. این پیشرفت که در Science منتشر شده است، از یک تراشه نیترید سیلیکون با الگوبرداری از صدها حلقه میکروسکوپی برای تولید نور با فرکانس‌های متعدد و مساوی استفاده میکند. شانه های فرکانس سنتی به تجهیزات حجیم نیاز داشتند، اما تلاش های اخیر بر کوچک سازی متمرکز است.
در این مطالعه، محققان حلقه‌های تشدیدکننده میکروسکوپی را با فوتونیک توپولوژیکی ترکیب کردند که از الگوهایی برای ایجاد مسیرهای نوری مصون از عیوب ساخت استفاده میکند. این تیم به رهبری محمد حافظی و کارتیک سرینیواسان، همکار JQI، تراشه ای را طراحی کردند که در آن صدها حلقه تشدیدگر یک شبکه دو بعدی را تشکیل می دهند. این تنظیم نور لیزر را در اطراف لبه تراشه به گردش در می آورد و آن را به فرکانس های متعدد تقسیم می کند.
این آزمایش نشان داد که نور در اطراف لبه تراشه در حال گردش است و یک شانه فرکانس "تودرتو" (nested frequency comb) را تشکیل می دهد: یک شانه پهن که هر دندان حاوی یک شانه ظریف تر است. اگرچه در حال حاضر راستی آزمایی همراه با برخی ایرادات است، اما این دستگاه می تواند به شانه های فرکانس کوچکتر و کارآمدتر برای کاربردهایی مانند ساعت های اتمی و حسگرهای کوانتومی منجر شود.
دستیابی به این نیاز به تکرارهای طراحی دقیق و راه حل های لیزری سفارشی داشت. پس از چندین سال و اصلاحات درست، تیم با موفقیت شانه فرکانس تودرتو را بر روی تراشه خود نشان داد. این نوآوری نه تنها باعث پیشرفت فناوری شانه فرکانس می شود، بلکه راه های جدیدی را در تحقیقات فوتونیک توپولوژیکی باز می کند و نویدبخش پیشرفت های قابل توجهی در اندازه گیری دقیق نور و کاربردهای مختلف دیگر است.
منبع
https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado0053
