利用小型环形激光的光湍流产生频率梳

一个由哈佛大学工程与应用科学学院（SEAS）Federico Capasso教授领导的国际研究团队，利用光束中的湍流，在以前认为不能产生这种激光的系统中，制造出一种特殊类型的高精度激光，被称为激光频率梳。这一发现可用于新一代光学光谱学和传感等应用设备。

上图所示为结构缺陷细节的电子显微镜图像，空气狭缝在波导中充当反射点，诱导反向传播波束。

频率梳是检测和测量不同频率光的常用工具，具有独特的精度。与传统激光发射单一频率不同的是，这些激光以锁步方式发射多个频率，这些频率间隔均匀，类似于梳齿。如今，它们被应用于从环境监测、化学传感到寻找系外行星、光通信、高精度计量和计时等各个领域。

Capasso和他的工程与应用科学学院的团队一直致力于使这些设备在电信和便携式传感等领域的应用，使其更加高效和紧凑。

2019年，Capasso和他的团队研究出如何从激光频率梳发送无线信号，创造了第一台激光无线电发射器。研究人员使用了半导体量子级联激光器，其形状类似于非常小的Kit-Kat糖果棒，通过将光从一端反射到另一端来产生频率梳。这种反射光产生反向传播的波，这些波相互作用，产生梳子的不同频率。然而，这些设备仍然发出许多在无线电通信应用中未使用的光。

“进入这项研究，我们的主要问题是如何为激光无线电制造更好的几何结构，”前工程与应用科学学院博士后研究员、论文第一作者马可皮卡多（Marco Piccardo）说。

Piccardo目前是意大利米兰技术学院的研究员。

图中所示为环形波导单片半导体激光器的显微图像。当开启时，这些激光中的光显示出湍流，就像风暴云的运动一样。这种湍流是产生新频率梳的关键。