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L’utilizzo dei pettini di frequenze nel mondo reale

I pettini di frequenze ottici sono stati sviluppati per le nuove frontiere nel campo della metrologia, dall’aumento della precisione dei radar alla ricerca di pianeti simili alla Terra. Lo sviluppo di pettini di frequenze più compatti apre la strada a una più ampia gamma di applicazioni.
L’utilizzo dei pettini di frequenze nel mondo reale
Un pettine di frequenze ottico è costituito da una sorgente luminosa con linee spettrali nette equidistanti, le quali possono essere viste come i denti di un pettine. Poiché le frequenze delle linee spettrali sono note, il pettine viene utilizzato per determinare frequenze sconosciute misurando le frequenze di battimento. Queste ultime rivelano la differenza tra le frequenze del pettine e quelle sconosciute.

I pettini di frequenze ottici sono stati realizzati utilizzando impulsi laser con accoppiamento di modi in cui la medesima spaziatura tra le diverse linee è definita dalla frequenza di ripetizione dei laser. Recentemente, una nuova classe di generatori monolitici di pettini di frequenze è stata creata accoppiando un laser a onda continua in una precisa microcavità di silice. Tale nuovo approccio promette un’elevata efficienza e compattezza senza precedenti.

I ricercatori che lavorano al progetto μCOMB (Microresonator based frequency comb generators), finanziato dall’UE, hanno intrapreso diversi passi verso la realizzazione di tali dispositivi. Facendo uso di risonatori cristallini, hanno sviluppato pettini di frequenze microrisonatori nel medio infrarosso, una lunghezza d’onda di particolare importanza per il rilevamento molecolare.

A tale fine, il team μCOMB ha studiato e raffinato varie tecniche di fabbricazione per creare quelli che sono noti anche come pettini Kerr in diversi materiali e strutture ospiti. Tra questi, i microanelli definiti mediante litografia sono compatibili con i semiconduttori a giunzione metallo-ossido complementari, consentendo l’integrazione di risonatori e guide d’onda di accoppiamento in una struttura monolitica.

È stato necessario superare un ostacolo per portare tali pettini di frequenze più vicini alle applicazioni. Nei casi in cui vengano generati in risonatori cristallini o a base di azoturo di silicio, essi esibiscono un rumore di fase che appare come un ampliamento della larghezza di riga spettrale. Come è stato scoperto, la ragione di questo rumore non è di natura esterna (ipotesi precedente al progetto μCOMB), ma intrinseca al processo di formazione del pettine.

La spiegazione di fenomeni che in precedenza non erano compresi ha portato a misure efficaci per superare tale ostacolo. Sono state inoltre individuate le condizioni per prestazioni a basso rumore di fase. Un risultato importante ha riguardato la realizzazione di stati con accoppiamento di modi nei microrisonatori, fornendo una potenza che combina brevi impulsi ad alta frequenza di ripetizione.

Questi stati a basso rumore hanno aperto la strada per pettini Kerr completamente stabilizzati, che ora sono a portata di mano. Solo pochi giorni dopo il termine del progetto μCOMB, un’alta coerenza temporale senza precedenti è stata dimostrata per gli spettri di estensione relativa alle ottave generati con un pettine di frequenze di un microrisonatore.

Informazioni correlate

Keywords

Pettini di frequenze, linee spettrali, laser a onda continua, microrisonatore, rilevamento molecolare
Numero di registrazione: 181105 / Ultimo aggiornamento: 2016-04-22
Dominio: Tecnologie industriali