علم مؤخرًا من جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية، اقترح الفريق الأكاديمي بجامعة قوه قوانغكان، البروفيسور دونغ تشون هوا، وزميله زو تشانغلينغ، آليةً عالميةً للتحكم في تشتت التجاويف الدقيقة، لتحقيق تحكمٍ مستقلٍّ في الوقت الفعلي لتردد مركز مشط التردد الضوئي وتردد التكرار. وعند تطبيقها على قياس دقة الطول الموجي الضوئي، زادت دقة قياس الطول الموجي إلى كيلوهرتز. نُشرت النتائج في مجلة Nature Communications.
استقطبت الأمشاط الدقيقة السوليتونية، القائمة على التجاويف الدقيقة الضوئية، اهتمامًا بحثيًا كبيرًا في مجالات التحليل الطيفي الدقيق والساعات الضوئية. ومع ذلك، نظرًا لتأثير الضوضاء البيئية والليزر، بالإضافة إلى التأثيرات غير الخطية في التجويف الدقيق، فإن استقرار الأمشاط الدقيقة السوليتونية محدود للغاية، مما يُشكل عائقًا رئيسيًا أمام التطبيق العملي لمشط مستوى الإضاءة المنخفض. في أعمال سابقة، ثبّت العلماء مشط التردد الضوئي وتحكموا فيه من خلال التحكم في معامل انكسار المادة أو هندسة التجويف الدقيق لتحقيق تغذية راجعة آنية، مما أدى إلى تغييرات شبه منتظمة في جميع أوضاع الرنين في التجويف الدقيق في الوقت نفسه، مع عدم القدرة على التحكم بشكل مستقل في تردد وتكرار المشط. هذا يحدّ بشكل كبير من استخدام مشط الإضاءة المنخفضة في التطبيقات العملية للتحليل الطيفي الدقيق، وفوتونات الميكروويف، والقياس البصري، وغيرها.
لحل هذه المشكلة، اقترح فريق البحث آلية فيزيائية جديدة لتنظيم التردد المركزي وتردد التكرار لمشط التردد الضوئي بشكل مستقل وفي الوقت الفعلي. من خلال إدخال طريقتين مختلفتين للتحكم في تشتت التجاويف الدقيقة، يمكن للفريق التحكم بشكل مستقل في تشتت مستويات مختلفة من التجاويف الدقيقة، مما يحقق تحكمًا كاملاً في ترددات الأسنان المختلفة لمشط التردد الضوئي. آلية تنظيم التشتت هذه عالمية لمختلف المنصات الفوتونية المتكاملة، مثل نيتريد السيليكون ونيوبات الليثيوم، والتي خضعت لدراسات واسعة.
استخدم فريق البحث ليزر الضخ والليزر المساعد للتحكم بشكل مستقل في الأوضاع المكانية لمختلف مستويات التجويف الدقيق، وذلك لتحقيق الاستقرار التكيفي لتردد وضع الضخ والتنظيم المستقل لتردد تكرار مشط التردد. واستنادًا إلى المشط البصري، أظهر فريق البحث تنظيمًا سريعًا وقابلًا للبرمجة لترددات المشط العشوائية، وطبقه على قياس دقيق لطول الموجة، حيث أظهر مقياس موجة بدقة قياس تصل إلى كيلوهرتز، مع القدرة على قياس أطوال موجية متعددة في وقت واحد. وبالمقارنة مع نتائج الأبحاث السابقة، فقد حققت دقة القياس التي حققها فريق البحث تحسنًا بمقدار ثلاثة أضعاف.
تشكل أمشاط السوليتون القابلة لإعادة التكوين والتي تم عرضها في نتيجة هذا البحث الأساس لتحقيق معايير التردد البصري المتكاملة مع الرقاقة منخفضة التكلفة، والتي سيتم تطبيقها في القياس الدقيق والساعة البصرية والطيف والاتصالات.
وقت النشر: ٢٦ سبتمبر ٢٠٢٣