Przesuwanie granic optomechaniki kwantowej
Optomechanika zajmuje się interakcjami między światłem a ruchem mechanicznym i stanowi jedną z najbardziej emocjonujących i najszybciej rozwijających się dziedzin współczesnej fizyki. Stopień zaawansowania badań pozwala już obserwować ruchy mechaniczne układów mezoskopowych na poziomie kwantowym. Dzięki dofinansowaniu UE dla projektu "Optomechanics at the quantum level" (OQL) naukowcy wykorzystali do tego celu mikrorezonatory, stanowiące obecnie ważną platformę do badania efektów optomechanicznych na poziomie kwantowym. Z mikrorezonatorów o średnicach od stu mikrometrów do kilku milimetrów można tworzyć grzebienie częstotliwości. Grzebień częstotliwości to źródło światła, którego widmo składa się z ciągu femtosekundowych impulsów optycznych. Kluczowe parametry określające wszystkie częstotliwości występujące w takim grzebieniu to przesunięcie nośnik-obwiednia (CEO) i rozstaw zębów, czyli tempo powtarzania. Pionierski wkład projektu OQL w prace całej społeczności naukowej polegał na stworzeniu optycznego grzebienia częstotliwości na bazie mikrorezonatorów z samoodniesieniem. Dzięki wytężonej pracy nad generowaniem wysokoenergetycznych solitonów uzyskano wystarczająco szerokie spektrum obejmujące dwie trzecie oktawy wokół częstotliwości 1550 nm. To przełomowe osiągnięcie pozwoliło przejść do pomiarów częstotliwości przesunięcia nośnik-obwiednia z wykorzystaniem interferometrycznej metody samoodniesienia 2f-3f. Optyczne heterodynowanie generowanego światła dwoma laserami przekazującymi energię na różnych częstotliwościach umożliwiło naukowcom potwierdzenie spójności generowanego widma. Następnie zsynchronizowano fazę pierwszego lasera z wygenerowanym filtrem częstotliwości, a fazę drugiego lasera z pierwszym laserem. Pozwoliło to po raz pierwszy w historii bezpośrednio zmierzyć przesunięcie nośnik-obwiednia mikrorezonatora. Osiągnięcie projektu ma doniosłe implikacje dla wielu zastosowań wymagających precyzyjnych pomiarów bezwzględnych częstotliwości optycznych, na przykład w optycznych zegarach atomowych. Poza spektroskopią i telekomunikacją innym obiecującym obszarem zastosowań jest możliwość generowania sygnałów mikrofalowych o ultraniskim szumie fazowym, które mogłyby dawać znacznie lepsze wyniki od obecnie dostępnych na rynku mikrofalowych źródeł fotonicznych.
Słowa kluczowe
Kwantowa, optomechanika, optyczne zegary atomowe, grzebienie częstotliwości, mikrorezonatory
