EPFL-wetenschappers hebben een manier gevonden om frequentiekammen te miniaturiseren, het realiseren van een nieuwe stap in de richting van miniaturisering van dergelijke gereedschappen. Hun apparaat kan lichtoscillaties meten met een precisie van 12 cijfers.

Een compacte, precisietool voor het tellen en volgen van laserfrequenties kan atoomklokken en optische gegevensoverdrachtapparaten verbeteren. Echter, lichtgolven oscilleren honderden biljoenen keren per seconde, een frequentie die niet direct te meten is. Grote gepulseerde laserbronnen worden meestal gebruikt om "frequentiekammen" te produceren die het optische domein kunnen koppelen aan de radiofrequenties en het tellen van de lichtoscillaties mogelijk maken. EPFL-wetenschappers hebben een manier gevonden om frequentiekammen te miniaturiseren, het realiseren van een nieuwe stap in de richting van miniaturisering van dergelijke gereedschappen. Hun apparaat was in staat om lichttrillingen te meten met een nauwkeurigheid van 12 cijfers. Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Licht:wetenschap en toepassingen .

Het lab van Tobias J. Kippenberg bij EPFL, in een project onder leiding van Victor Brasch en Erwan Lucas, creëerde wat een "zelfverwijzende optische frequentiekam" wordt genoemd. Dit is in wezen een reeks dicht op elkaar staande spectraallijnen waarvan de onderlinge afstand identiek en bekend is. Omdat ze zo goed gedefinieerd zijn, optische frequentiekammen kunnen worden gebruikt als een "liniaal" voor het meten van de frequentie - of kleur - van elke laserstraal. Door een onbekende kleur te vergelijken met deze liniaal, het is mogelijk om de frequentie te berekenen. Echter, dit impliceert een cruciale stap genaamd "zelfreferentie", een methode die exact de positie bepaalt van elk individueel vinkje van de frequentieliniaal, maar vereist een zeer lange liniaal - een breed spectraal bereik, zoals wetenschappers zeggen - wat een uitdaging is om te verkrijgen.

Hoewel optische frequentiekammen hun uitvinders in 2005 de Nobelprijs voor natuurkunde opleverden, ze hadden nog steeds omvangrijke optische opstellingen nodig. Het laboratorium van prof. Kippenberg toonde in 2007 aan dat optische frequentiekammen kunnen worden gemaakt met behulp van kleine apparaten die "optische microresonatoren" worden genoemd:microscopische ringvormige structuren gemaakt van zeer fijn siliciumnitride met een diameter van enkele millimeters tot enkele tientallen microns. Deze structuren kunnen een continu laserlicht opvangen en omzetten in ultrakorte pulsen – solitonen – dankzij de speciale niet-lineaire eigenschappen van het apparaat. De solitonen reizen 200 miljard keer per seconde rond de microresonator en de gepulseerde output van de microresonator creëert de optische frequentiekam.

Vorig jaar, de groep heeft een uitstekende uitdaging opgelost, aantonen dat een zorgvuldige controle van de microresonatorparameters, in staat om direct op de chip een zeer breed frequentiespectrum te genereren. Op dit punt, de gegenereerde frequenties strekken zich uit over twee derde van een octaaf vergeleken met de frequentie van de inkomende laser (een octaaf verwijst naar ofwel het dubbele of de halve frequentie). In combinatie met een lasertransfersysteem, op basis van niet-lineaire kristallen, de aanpak van het team maakte zelfreferentie mogelijk, terwijl de noodzaak van omvangrijke, externe systemen die traditioneel worden gebruikt voor frequentieverbreding.

Hiermee, de onderzoekers konden bewijzen dat hun optische frequentiekam kan worden gebruikt voor de meest nauwkeurige meettoepassingen:ze maten de frequentie van een laser met behulp van hun techniek en een traditioneel frequentiekamsysteem en toonden aan dat de twee resultaten meer dan 12 cijfers overeenkwamen.

De technologie is geschikt voor integratie met zowel fotonische elementen als siliciummicrochips. Het opzetten van apparaten die een RF-naar-optische link op een chip leveren, kan een grote verscheidenheid aan toepassingen katalyseren, zoals geïntegreerde, atoomklokken en on-chip, en zou kunnen bijdragen aan het alomtegenwoordig maken van optische frequentiemetrologie.