在2021年的《自然物理》杂志上,来自帕萨迪纳加州理工学院的Kerry J.Vahala周围的科学家演示了如何使用平衡光学互相关器(BOC)作为光学时间抖动的超精确测量设备。

他们的实验精确地测量了微腔中孤子对的时间抖动,并可以确定量子噪声对相对孤子运动的影响。

孤子或孤波是一种自增强波包,在以恒定速度传播时保持其形状。后者可以通过平衡介质中的非线性和色散效应来实现。此外,由于其自增强特性,孤子是一个令人兴奋的领域,因为它们可能会进入下一代电信系统。

加州理工学院团队分析的孤子是光学微腔中的相干泵浦(Kerr)孤子。这种设置可能是基于芯片的频率梳的基础。然而,这些光孤子预计会经历随机量子扩散,这在孤子微腔的应用中设定了基本的性能限制。

Bao等人(2021)建立了一个实验装置,可以在微腔中产生共传播和反传播孤子,并从腔中释放孤子将其发送到BOC。在那里,可以分析微腔中孤子对之间的时间抖动。通过测量,他们能够确定反向传播孤子的量子极限。然而,通过测量共传播孤子对,该团队可以证实这些共传播孤子的稳定效应。在他们的实验中,由于相互的固体运动相关性,发现共传播孤子的相对时间抖动远低于单个孤子的量子极限,到目前为止,这只是一个理论预测。

对于帕萨迪纳的加州理工学院团队来说,BOC的高精度是他们实验的关键部分。此外,它使他们能够探索孤子微腔中时间抖动的基本极限,并为多孤子物理学提供新的见解。

时间抖动特性

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References

1. C. Bao, M. G. Suh, B. Shen, K. Şafak, A. Dai, H. Wang, L. Wu, Z. Yuan, Q.-F. Yang, A. B. Matsko, F. X. Kärtner, and K. J. Vahala, “Quantum diffusion of microcavity solitons,” Nat. Phys. 17, 462–466 (2021).

2. C. Bao, B. Shen, M.-G. Suh, H. Wang, K. Şafak, A. Dai, A. B. Matsko, F. X. Kärtner, and K. Vahala, “Oscillatory motion of a counterpropagating Kerr soliton dimer,” Phys. Rev. A 103 (1), L011501 (2020).

3. P. T. Callahan, K. Şafak, P. Battle, T. D. Roberts and F. X. Kärtner, “Fiber-coupled balanced optical cross-correlator using PPKTP waveguides,” Opt. Express,  22 (8), 9749-9758 (2014).