Bij het meten van de duur van fysieke verschijnselen met hoge snelheid, met een goede stopwatch kom je maar zo ver, en terwijl oscilloscopen elektrische signalen kunnen opvangen met frequenties van enkele GHz, het meten van ongelooflijk snelle optische fenomenen vereist iets meer - een systeem dat een optische frequentiekam wordt genoemd. Normale lasers zijn monochromatische bronnen die slechts een enkele lichtfrequentie bevatten; in tegenstelling tot, frequentiekammen bevatten veel frequenties, gelijk verdeeld in het frequentiedomein, die erg op de tanden van een kam lijken. Frequentiekammen worden veel gebruikt als een soort 'optische liniaal' omdat ze snel variërende signalen kunnen meten door de 'tanden' van de frequentiekammen te verstoren met het signaal dat ze willen meten, die vervolgens die signalen omzet in beter beheersbare radiofrequentiesignalen.

Onderzoekers van de Light-Matter Interactions Unit van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University, samen met medewerkers van de Washington University, publiceerde onlangs een paper in Optica Letters waarin ze schetsen hoe ze een frequentiekam creëerden in het zichtbare spectrum. Ze bereikten dit door een fenomeen dat bekend staat als viergolfmenging te combineren met een goedkope, apparaat met een laag vermogen, een microbellenresonator (MBR) genoemd. MBR's zijn een soort fluisterende galerijmodusresonator (WGMR), en tot nu toe, alleen infrarood frequentiekammen zijn direct geproduceerd met behulp van viergolfmenging in WGMR's. Het verplaatsen van de werkende golflengte van deze apparaten naar het zichtbare regime heeft enorme voordelen, aangezien er vaak gezocht wordt naar een 'optische liniaal' voor licht dat door het menselijk oog kan worden waargenomen. Het MBR-apparaat kan zeer nuttig zijn in de medische wetenschap waar frequentiemetingen met hoge precisie vereist zijn, zoals medische CT-scans, waar optische frequentiekammen een uitstekende kandidaat zijn. Momenteel worden optische frequentiekammen gegenereerd met behulp van forse femtoseconde lasersystemen die veel ruimte in beslag nemen en veel watt vermogen verbruiken, of met behulp van andere grote lasersystemen met modusvergrendeling. De voorgestelde MBR, in tegenstelling tot, is micron groot en vereist slechts een laser met laag vermogen om het apparaat te pompen, aangezien het kleine volume van de resonator betekent dat een klein ingangsvermogen overeenkomt met extreem hoge circulatie-intensiteiten, een vereiste voor het optreden van niet-lineaire processen.

Een klassieke fluistergalerij - het fenomeen waardoor dit apparaat kan werken - is een akoestisch effect. De koepel van de St. Paul's Cathedral in Londen is een beroemd voorbeeld van een fluistergalerij. In een cirkelvormige behuizing, geluidsgolven planten zich met weinig verlies voort langs de binnenmuren, waardoor je gefluister kunt horen mompelen bij de muur op grote afstand langs de muur. optisch, de onderzoekers repliceren dit effect door licht te laten 'kaatsen' langs de wanden van een cirkelvormige holte, in dit geval een microbellenresonator. De groep slaagde erin een microbellenresonator te fabriceren met een wanddikte van 1,4 micron - ongeveer 60 keer dunner dan een mensenhaar - en een totale diameter van 120 micron. Met dit apparaat, ze zijn erin geslaagd een optische frequentiekam te produceren met een centrale rode golflengte van 765 nanometer, precies samenvallen met de voorspelde resultaten.

De auteurs van het artikel creëerden MBR's door dunne glazen capillairen te verkleinen tot enkele tientallen microns in diameter, door een van hun openingen te blokkeren en vervolgens gas in de buizen te pompen. Door een deel van het glas te verwarmen met een CO2-laser ontstaat er een kleine bel door de balans tussen de gasdruk in het capillair en de oppervlaktespanning van het gesmolten glas, net zoals glasblazers prachtige glazen vazen ​​produceren. In tegenstelling tot typische massieve resonatoren zonder dunne wanden, de onderzoekers kunnen de wanddikte precies regelen, waardoor er een extra mate van vrijheid ontstaat. Dit cruciale verschil stelde de onderzoekers in staat om de centrale frequentie van het apparaat af te stemmen op het zichtbare regime.

Dr. Yong Yang, de hoofdauteur van dit artikel, kijkt ernaar uit om de grenzen van het apparaat te verleggen met nog dunnere wandafmetingen en hoopt het bereik van dit apparaat uit te breiden om uiteindelijk de kloof tussen het blauwe licht met een lagere golflengte tot aan het nabij-infraroodgebied te overbruggen. "Ik ben enthousiast over de microbellenresonator, omdat zijn unieke geometrie ons zoveel meer controle geeft over de dispersieve eigenschappen en ons uiteindelijk zal helpen de grenzen van dit apparaat verder te verleggen, " zegt Yang. Uiteindelijk, dit werk zou onderzoekers een hulpmiddel kunnen bieden dat goedkoop is, laag vermogen en compact alternatief voor de tegenwoordig in de handel verkrijgbare frequentiekammen. Wat is een betere manier om licht te meten dan door licht te gebruiken?