Ученые кафедры физики колебаний физического факультета МГУ и Российского квантового центра продемонстрировали возможность последовательного понижения величины частотного интервала при взаимодействии одной и более пар оптических гребенок (двойные и четверные гребенки), генерируемых с помощью единственного перестраиваемого акустооптического фильтра. Результаты работы опубликованы в журнале Q1 Frontiers of Optoelectronics.
Оптические частотных гребенки – одна из наиболее модных тем последнего десятилетия в области фотоники. Создание оптических частотных гребенок с различными расстояниями между «зубцами» является актуальной задачей, и работы в этой области вызывают несомненный интерес. Акустооптическое взаимодействие – дифракция света на ультразвуковой волне в кристаллах – позволяет создавать разнообразные электрически перестраиваемые оптические приборы. Вполне логично использовать акустооптическое взаимодействие для получения оптических гребенок с изменяемыми характеристиками. Важным направлением в данной области является изучение методов понижения величины частотного интервала между компонентами радиочастотного спектра гребенок, реализуемое при помощи взаимодействия двух или более когерентных гребенок с различными величинами данного интервала, генерируемых в одной системе.
Одной из оптических систем, в которых возможна генерация гребенок, являются так называемые безмодовые лазеры (frequency-shifted feedback (FSF) laser). Они состоят из оптоволоконной петли обратной связи и оптического усилителя, являющегося, за счет наличия спонтанного излучения, источником оптической накачки (рисунок 1). Акустооптический фильтр входит в систему обратной связи, замыкая ее при существовании акустооптической дифракции и сдвигая частоту дифрагированного света на частоту звуковой волны за счет эффекта Доплера. При многократном прохождении света через обратную связь и при выполнении определенных условий формируется последовательность коротких импульсов (режим синхронизации мод безмодового лазера), спектр которых представляет собой эквидистантные по частоте пики, то есть оптическую частотную гребенку. Частота следования импульсов определяется временем задержки в петле обратной связи и не зависит от частоты ультразвука.
В работе впервые предложено генерировать двойные и четверные оптические гребенки в безмодовом лазере. Такая возможность появилась благодаря использованию многочастотной акустооптической дифракции в одном акустооптическом устройстве, реализуемой при одновременной подаче на пьезопреобразователь акустооптического фильтра нескольких различных радиочастотных сигналов. При подаче смешанного радиосигнала в акустооптическом кристалле одновременно возбуждается несколько акустических волн, и свет дифрагирует на каждой из них независимо. Следовательно, получаются световые волны с различными частотными сдвигами. Эти волны усиливаются волоконным усилителем и взаимодействуют друг с другом, формируя гребенки сложного вида.
На рисунке 2 приведены различные варианты радиочастотных спектров оптических гребенок, генерируемые системой. Варьируя количество и значения частот ультразвука, можно получать одинарные, двойные и четверные гребенки. При этом величина спектрального интервала между их линиями будет определяться не временем задержки в цепи обратной связи, а разностью частот возбуждаемых ультразвуковых волн, то есть ее можно легко перестраивать.
«Таким образом, акустооптическое взаимодействие позволяет создать достаточно простой перестраиваемый прибор, генерирующий частотные гребенки самых разных вариантов, что несомненно, будет востребовано во множестве приложений», — прокомментировал работу профессор Физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Сергей Манцевич.
Представленные результаты получены в рамках выполнения работ по грантам РНФ 20-12-00344 и 23-12-00057.
Изображение на обложке: радиочастотные спектры оптических частотных гребенок а) одночастотная б) двойная в) четверная.
Пресс-служба МГУ