利用小型环形激光的光湍流产生频率梳

研究人员转向环形量子级联激光器，由于环形量子级联激光器的圆形，可以产生光学损耗非常低的激光器。然而，环形激光器在产生频率梳时有一个基本问题：在一个完美的圆中行进的光束只沿一个方向传播，顺时针或逆时针，因此不能产生形成频率梳所需的反传播波。为了克服这个问题，研究人员将小缺陷引入环中，并将结果与一组无缺陷环进行了比较。

以前的物理学理论认为完美环不可能产生频率梳，但这一次产生了频率梳。

“当我们看到这一点时，我们认为这对我们来说很好，因为这正是我们正在寻找的那种光，只是我们没想到会在这个特殊的实验中找到它。这项研究的成功似乎与当前的激光理论相矛盾。”

研究人员试图解释这种现象是如何发生的，最终遇到了湍流。在流体中，当一个有序的流体流动破裂成越来越小的漩涡，这些漩涡相互作用，直到系统最终破裂成混沌时，就会发生湍流。在光照下，这表现为波动不稳定性，在波动不稳定性中，一个小扰动变得越来越大，最终支配着系统的动力学。

研究人员发现，即使在一个完美的环形激光器中，用于泵浦激光的电流的小波动也会导致光波的小不稳定性。这些不稳定性增长并相互作用，就像在湍流中一样。然后，这些相互作用导致稳定的频率梳发生。

Piccardo说：“我们不仅改变了激光频率梳的几何结构，还发现了一个全新的系统，在这个系统中，我们创造了这些设备，并在这样做的过程中，重塑了激光的基本定律。”。

在未来，这些器件可能被用作集成光子电路上的电泵微谐振器。如今的芯片级微谐振器是被动的，这意味着能量需要从外部以光学方式抽运，增加了系统的尺寸和复杂性。但是环形激光频率梳是活动的，这意味着它可以通过向其中注入电流来产生自己的光。它还能实现对电磁频谱中未被微谐振器覆盖的区域的控制。这可能在一系列应用中有用，例如光学光谱和化学传感。

Capasso说：“这是将无源微谐振器与有源频率梳连接起来的第一个非常重要的步骤。将这两种设备的优势结合起来，可能具有重要的基础和技术意义。”

原文链接：https://phys.org/news/2020-06-turbulence-frequency-small-lasers.html