在低温冷却激光微谐振腔频率梳中产生一组稳定频率的实验装置。这种环形的微谐振器，小到可以装在一个微型芯片上，在非常低的激光功率下工作，由半导体铝镓砷化物制成。来源:国家标准

　　就像一根有数百个刻度的米尺可以用来非常精确地测量距离一样，一种被称为激光频率梳的设备，它有数百个均匀间隔、清晰定义的频率，可以用来非常精确地测量光波的颜色。

　　这些梳子的微型版本小到可以装在芯片上，之所以这样命名，是因为它们的一组均匀间隔的频率类似于梳子的齿，它们正在使新一代原子钟成为可能，通过光纤传输的信号数量大幅增加，以及识别暗示着看不见的行星存在的星光中微小频率变化的能力。由美国国家标准与技术研究所(NIST)和加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)的研究人员开发的这种基于芯片的“微梳”的最新版本，有望通过改进和扩展这些微型设备的功能，进一步推进时间和频率测量。

　　在这些频率微梳的中心有一个光学微谐振器，这是一个大约人类头发宽度的环形装置，来自外部激光的光在其中比赛数千次，直到它建立高强度。微梳通常由玻璃或氮化硅制成，通常需要一个外部激光放大器，这使得微梳的生产复杂、繁琐且成本高昂。

　　NIST的科学家和他们在UCSB的合作者已经证明，由半导体铝砷化镓制成的微梳有两个基本特性，使它们特别有前途。这种新型梳的工作功率很低，因此它们不需要放大器，而且它们可以被操纵来产生一组非常稳定的频率——这正是使用微芯片梳作为一种灵敏的工具，以极高的精度测量频率所需要的。(这项研究是NIST芯片计划的一部分。)

　　NIST科学家Gregory Moille说，新开发的微梳技术可以帮助工程师和科学家在实验室之外进行精确的光学频率测量。此外，微梳可以通过纳米制造技术大规模生产，类似于已经用于制造微电子的技术。

　　加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员领导了对由砷化铝镓组成的微谐振器的早期研究。用这些微谐振器制造的频率梳只需要用其他材料制造的设备的百分之一的功率。然而，科学家们一直无法证明一个关键的特性——一组不动摇的，或高度稳定的频率，可以从这种半导体制成的微谐振器产生。

　　NIST团队解决了这个问题，他们将微谐振器放置在一个定制的低温设备中，使得研究人员可以在绝对零度以上4度的低温下探测该设备。低温实验表明，激光产生的热量与微谐振腔内循环的光之间的相互作用是阻止器件产生成功运行所需的高稳定频率的唯一障碍。

　　在低温下，该团队证明了它可以达到所谓的孤子状态——单个光脉冲不会改变它们的形状、频率或速度在微谐振器内循环。研究人员在6月的《激光与光子学评论》上描述了他们的工作。有了这样的孤子，频率梳的所有齿都是相位一致的，所以它们可以作为尺子来测量光学时钟、频率合成或基于激光的距离测量所使用的频率。

　　尽管最近开发的一些低温系统足够小，可以在实验室外与新型微梳一起使用，但最终的目标是在室温下操作该设备。新发现表明，科学家们将要么淬火，要么完全避免过度加热，以实现室温操作。

　　参考文献:“III‐V微谐振腔中的耗散克尔孤子”，作者:Gregory Moille, Chang Lin, Xie Weiqiang, Ashutosh Rao, Lu Xiyuan, Marcelo Davan?o, John E. Bowers和Kartik Srinivasan, 2020年6月22日，激光与光子学评论。DOI: 10.1002 / lpor.202000022