Zegary optyczne do zastosowań kosmicznych
W ramach projektu CHRONOS (Route to on-chip resonating optical clocks via nonlinear optics) badano nowe zasady działania, umożliwiające kontrolowanie synchronizacji modów i faz w napędzanych mikrownękami optycznych grzebieniach częstotliwości (OFC). Celem było zbudowanie precyzyjnych zegarów optycznych o ultrawysokich współczynnikach powtarzania. Prace oparto na nowej zasadzie synchronizacji modów dla szybkich laserów (> 200 GHz) posiadających nieliniowy rezonator wysokiej jakości wbudowany we wnękę lasera światłowodowego. Taki schemat pozwala na uzyskanie stabilnego ciągu impulsów z w pełni zsynchronizowanymi modami, umożliwiającego łatwe i skuteczne synchronizowanie fazy OFC wzbudzanego przez czterofalowe mieszanie w mikrorezonatorach. Co istotne, konstrukcja składa się z prostej wnęki światłowodowej. Światłowód jest elementem aktywnym, który zapewnia wzmocnienie niezbędne do akcji laserowej, podczas gdy mikrorezonator odpowiada za mieszanie fal modów. Ukończono projektowanie parametrów kontrolnych dla lasera z zagnieżdżoną wnęką. Schemat lasera, stanowiący podstawę najnowszej generacji skorelowanych par fotonów, opublikowano na łamach Optics Express i Nature Communications. Badanie eksperymentalne lasera ukierunkowane było na bardziej ogólny zbiór filtrów nieliniowych, czego efektem była demonstracja alternatywnego systemu synchronizacji modów. Wyniki tych prac przedstawiono niedawno na międzynarodowych konferencjach, a obecnie trwa ich przygotowywanie do publikacji. Szczegółowa analiza dynamiki mieszania czterofalowego pozwoliła na przeprowadzenie badania stabilności wiązek optycznych, które opublikowano w czasopiśmie Physical Review Letters, a które ma interesujące implikacje dla bezpośredniego zapisu laserowego z falowodami optycznymi. Opracowano i opublikowano innowacyjną metodę charakterystyki szumu lasera. Badanie to ma nie tylko opisaną powyżej wartość naukową i technologiczną, ale dowodzi także możliwości budowy wyjątkowo prostego stanowiska testowego ogólnego przeznaczenia, umożliwiającego łatwe testowanie różnorodnych technologii optycznych. Projekt stanowił wyzwanie pod względem teoretycznym, jak i eksperymentalnym: jego celem było zdefiniowanie nowej klasy zegarów optycznych opartych na zastosowaniu zaawansowanych metod nieliniowych oraz stworzeniu nowej, podstawowej i interdyscyplinarnej wiedzy. Efektem jest większa konkurencyjność europejskiej branży fotonicznej, wynikająca z opracowania tanich ultraszybkich źródeł fotonicznych, znajdujących zastosowanie w wielu różnych dziedzinach.
Słowa kluczowe
Zegary optyczne, laser, CHRONOS, optyka nieliniowa, optyczne grzebienie częstotliwości, rezonatory
