Is foinsí beachta solais léasair iad cíora minicíochta optúla (OFCanna) a bhfuil a speictream comhdhéanta de shraith línte minicíochta atá spásáilte go cothrom agus atá cosúil le fiacla cíor. Mar rialóirí an-chruinn chun minicíochtaí optúla a thomhas, tá OFCanna tar éis tomhas beachtas agus méadreolaíocht a réabhlóidiú ó forbraíodh iad go déanach sna 1990idí. Ar cheann de na cumais is tábhachtaí a chumasaíonn OFCanna tá aistriú íonachta speictreach. Tagraíonn sé do chumas OFC íonacht speictreach a aistriú-cobhsaíocht minicíochta agus líneathrú caol-foinse solais amháin go dtí ceann eile ag oibriú ag tonnfhad eile.
I bhfeidhmiú torainn ultra-íseal (paitinnithe ag Menlo Systems1), caomhnaíonn aistriú íonachta speictreach saintréithe na gcóras tagartha optúla ultra-cobhsaí ar fud an speictrim cíortha ar fad, lena n-áirítear aschuir mhinicíochta a thiontaítear thar na réigiúin speictreach infridhearg infheicthe go lár.
Réamhrá do chíor mhinicíochta optúla
Is foinse léasair é OFC a bhfuil a speictream optúil comhdhéanta de shraith línte minicíochta scoite, atá spásáilte go cothrom. Sa réimse minicíochta, tá an struchtúr rialta seo cosúil le fiacla cíor. Is coitianta a ghintear OFCanna trí úsáid a bhaint as léasair ultraghearr, samhaltú (féach Fíor. 1, ar bharr). Teicníc is ea múnlú ina gcuirtear iallach ar mhodhanna fadaimseartha cuas léasair ascalú le gaol céim sheasta. Dá bhrí sin, astaíonn an léasair sraith de bíoga optúla ultraghearr. Iomadaíonn an chuisle a scaiptear anonn is anall taobh istigh den athshonadóir léasair ag ráta athráfionadaí, a shocraítear ag an bhabhta cuas-am turais. Le linn gach turais bhabhta, asbhaintear méid beag fuinnimh bíge trí scáthán leath-tarchurtha chun an t-aschur léasair a fhoirmiú. San fhearann ama, feictear an t-aschur seo mar thraein chuisle rialta agus san fhearann minicíochta, comhfhreagraíonn sé do chíor de línte speictreach atá ar comhfhad (féach Fíor. 1, bun).
Mar gheall ar scaipeadh sa chuas léasair, is gnách go mbíonn treoluas grúpa an chlúdaigh chuisle difriúil ó threoluas chéim an iompróra optúil. Is é an toradh a bhíonn ar an neamhréir seo ná athrú céime de réir a chéileΔφtonn an iompróra maidir leis an gclúdach bíog ó bhabhta turas amháin go dtí an chéad cheann eile. Tagraítear don bhfeiniméan seo mar fhritháireamh chéim an iompróra (féach Fíor. 1, ar chlé níos ísle).
Go hidéalach, in éagmais torainn agus suaitheadh seachtrach, tugann an gaol Fourier idir na fearainn ama agus minicíochta le tuiscint go gcomhfhreagraíonn buille-thraen tréimhsiúil do shraith scoite modhanna minicíochta atá spásáilte go cothrom (féach Fíor. 1, ar dheis íochtair).
Sa réimse minicíochta, na línte cíor aonairνn tugtha ag:
vn = nfionadaí + fceo,
cánis innéacs mód slánuimhir é,fionadaíis é an ráta athrá cuisle, agusfceoseasann -mhinicíocht fhritháireamh an chlúdaigh iompróra. Aistrítear an speictream iomlán cíor trífceomar thoradh ar chuisle-go-iompróir bíge-duillín phasála an chlúdaigh, agus is é an spásáil idir línte cóngaracha amháin a chinneannfionadaí. Go praiticiúil, an dá an ráta athráfionadaíagus an t-iompróir-an mhinicíocht fhritháireamh clúdaighfceo ní mór iad a thomhas agus a chobhsú go gníomhach le go bhfeidhmeoidh léasair ultra-bhíogacha mar OFC. An tomhas defionadaíréasúnta simplí, toisc go luíonn sé go hiondúil laistigh den raon de dheich meigihertz go cúpla gigahertz agus is féidir é a bhrath le fóta-óid thapa. Baintear amach cobhsú ráta athrá trí lúb aiseolais a dhúnadh ar actuators a cheadaíonn coigeartuithe éifeachtacha fad cuas. I gcodarsnacht leis sin, a thomhas agus a rialúfceoi bhfad níos casta agus ba mhórdhúshlán é i bhforbairt luath teicneolaíochta OFC.
Difríocht -córanna minicíochta giniúna minicíochta (DFG).
Go stairiúil, bhí scéim optúil ar cheann de na luathstraitéisí chun déileáil le minicíocht fhritháireamh an chlúdaigh iompróra a sheachnaíonn an gá lena thomhas agus rialú follasach ar fad. Baintear é seo amach trí úsáid a bhaint as próiseas neamhlíneach cobhsaí céim an chlúdaigh iompróra de DFG chun macasamhail den traein chuisle léasair bhunaidh a chruthú, rud a fhágann go bhfuil meánmhéid ann. fceoluach nialais (<fceo>= 0). In OFCanna den sórt sin atá bunaithe ar DFG, déantar dhá chomhpháirt speictreach ar leith a thagann as an oscillator léasair céanna (go hiondúil tar éis leathnú speictreach i snáithíní neamhlíneacha) a mheascadh i gcriostal neamhlíneach. I gcás idéalach iompróidh an dá chomhpháirt mar an gcéannafceo, mar sin má bhaintear a gcuid minicíochtaí cealófar an fritháireamh chun "OFC saor ó fhritháireamh-a tháirgeadh." Ó thaobh teicniúil amháin de, cuireann OFCanna saor in aisce fritháireamh simplíocht ar fáil trí lúb rialaithe amháin a éileamh: Is í an t-aon athróg rialaithe an ráta athráfionadaí. Ach tagann sé seo le comhbhabhtáil: Luach ionchais<fceo>Ní thugann=0 le fios go bhfuil easnamh iomlán annfceotorann chéim. I bhfocail eile, cé go mbaineann an próiseas DFG an meán-fhritháireamh ní choisceann sé torann neamhchomhleanúnach a bhaineann lefceo (féach Fíor. 2). Ina áit sin, tá sé léirithe go léiríonn OFCanna atá bunaithe ar DFG scálú cearnach de thorann céime le minicíocht, arna chur síos ag samhail “téip leaisteacha” le pointe socraithe ag minicíocht nialasach.2
Ag breathnú siar air, is fiú a thabhairt faoi deara go ndearna an Max Planck Society paitinniú ar dtús ar an teicníc chun cíora minicíochta saor in aisce a fhritháireamh trí DFG,3agus le linn na laethanta tosaigh de thráchtálú OFC bhí sé ceadúnaithe go heisiach do Menlo Systems. Tá an modh fós an-bhuntáisteach maidir le giniúint minicíochta-radaíocht chíor agus-tonnfhaid{-a rochtain, agus is é sin an fáth go leanaimid ag úsáid DFG chun clúdach speictreach a leathnú isteach sa lár-infridhearg agus ina dhiaidh sin.
Cíoraí minicíochta-tagartha féin
Tar éis forbairt a dhéanamh ar na chéad chórais phraiticiúla cíortha, d'éascaigh dul chun cinn sna snáithíní optúla neamhlíneacha-brath fritháirimh iompróra iontaofa. Cheadaigh na forbairtí seo giniúint réasúnta simplí agus éifeachtach ochtáibh-cíortha; ie, cíora minicíochta a chlúdaíonn raon minicíochta níos mó ná dhá uair an minicíocht is ísle. Agus ochtábh-chíor-speictrim ar fáil, is féidir minicíocht fhritháireamh an chlúdaigh iompróra a shaintréithe ag baint úsáide as modh féintagartha simplí-. Braitheann an modh seo ar idirfhearriméadar a heitridíneann dhá chuid ar leith den speictream cíor: Modh cíor le hinnéacsnag deireadh dearg an speictrim
vn = nfionadaí + fceo
seoltar trí chriostal neamhlíneach chun a dhara armónach a ghiniúint
2vn = 2(nfionadaí + fceo),
a aistrítear faoi dhó ar an minicíocht fhritháireamh. Buailtear an comhartha dúbailte minicíochta seo ansin i gcoinne mód cíor le hinnéacs 2n
v2n = 2nfionadaí + fceo.
Nochtann an nóta buille idir an dá mhinicíocht seo go díreach an t-iompróir-mhinicíocht fhritháireamh an chlúdaigh:
2vn − v2n = fceo.
Níl an modh "f–2f" seo níos lú ná gnóthachtáil shuntasach i dteicneolaíocht OFC toisc go gcumasaíonn sé minicíocht fhritháireamh an chlúdaigh iompróra a thomhas go díreach. Go háirithe, tacaíonn sé le cur i bhfeidhm actuators rialaithe scaipthe gníomhacha tiomnaithe taobh istigh den chuas léasair le haghaidh cobhsú agus rialú torainn ultralow.fceo(féach Fíor. 3).
Aistriú íonachta speictreach
Tá rialú agus cobhsú éifeachtach ar chéimeanna saoirse cíor minicíochta optúla-a ráta athrá chomh maith lena iompróir-minicíocht fhritháireamh an chlúdaigh-ríthábhachtach d’fheidhmchláir bheachtais, a éilíonn líne athraíonn agus cobhsaíocht i bhfad níos faide ná na cinn is féidir a bhaint amach le haon chíor reatha in aisce (féach Fíor. 4a). Is é an cur chuige uileláithreach ná glas optúil a bhunú; ie, an íonacht speictreach arna seachadadh ag tagairt optúil sheachtrach a aistriú go ceann de na línte cíor minicíochta. Go hiondúil baineann córais optúla tagartha Menlo Systems amach línte fo-hertz péireáilte le cobhsaíochtaí minicíochta den scoth. Comhcheanglaíonn siad léasair aon-mhód leanúnach-tonn (CW), cuas tagartha optúil ard-mhíne, agus na comhpháirteanna glasála optúla agus leictreonacha gaolmhara-a dhéantar iad go léir a innealtóireacht chun íogaireacht ard agus bandaleithead glasála leathan a sholáthar.4Léirítear an socrú traidisiúnta chun OFC a ghlasáil chuig tagairt optúil sheachtrach i bhFíor 4b. Braitheann lúb rialaithe ráta athrá den sórt sin nóta buille a bhrath idir an léasair tagartha CW agus ceann de na fiacla cíor, aon sruth minicíochta a thomhas, agus aiseolas a chur i bhfeidhm ar actuator ráta athrá an chíor dá réir sin.
Go ríthábhachtach, cé go ndéanann an scéim an fiacail cíor roghnaithe a chobhsú, níl ach an spásáil idir an léasair tagartha agus an líne cíor aonair sin socraithe go fírinneach: Toisc go soláthraíonn actuator an ráta athrá rialú ar chéim amháin saoirse, bíonn tionchar aige go príomha ar línte cíor gar don phointe glasála. Mar thoradh air sin, méadaítear an torann líneála agus céime le fad speictreach ón tagairt optúil. Baineann an teorannú seo leis an scéim ghlasála agus neamhspleách ar ailtireacht na cíortha: Cibé an cíor atá saor ó fhritháireamh nó ina cíor féin-tagartha, nuair a ghlasáiltear é tríd an ráta athrá amháin, is cinnte go ndéanfaidh an íonacht speictreach díghrádú ar chomhlíne cíor ón tagairt optúil sheachtrach, agus fágtar na línte cíor fearainn fíorúla RF gan éifeacht. Ina ionad sin, mar a léirítear i bhFíor 4c, tá gá le haistriú íonachta speictreach thar an speictream cíor minicíochta iomláin an actuator ráta athrá a chomhlánú le lúb rialaithe eile don iompróir-minicíocht fhritháireamh an chlúdaigh (fceo). Ag gabháil den sórt sin afceoComhlíonann lúb aiseolais trí thasc riachtanacha: Glasáilfceoag luach roghnaithe, a thorann comhleanúnach agus neamhchomhleanúnach a shochtadh, agus torann céime a laghdú thar na fiacla cíor go léir atá iargúlta don tagairt optúil sheachtrach. Tá anfceogníomhaíonn an aclaíocht go siméadrach ar an speictream sa chiall go mbíonn tionchar íosta aige ar línte cíor in aice leis an tagairt optúil, ach go mbíonn tionchar láidir aige ar gach líne cíor i bhfad uaidh, lena n-áirítear na cinn optúla agus na cinn fhíorúla san fhearann RF. Ar an iomlán, is féidir an lúb tapa d’iompróir-rialú minicíochta fhritháireamh clúdaigh a fheiceáil mar actuator a chomhlánaíonn an actuator ráta athrá-chun an dara céim saoirse de chuid OFC a ghlasáil.
Cumasaíonn dearadh dé-ghníomhaíochta Menlo Systems fíor-íonacht speictreach a aistriú-ríomhaireacht speictreach tagartha optúil a mhacasamhlú go beacht thar gach cíorlíne amháin. Mar a léirítear i bhFíor 5, coinnítear an íonacht speictreach ar feadh na gcéimeanna comhshó minicíochta freisin, lena n-áirítear aistriú minicíochta, giniúint armónach an dara háit, nó giniúint supercontinuum.
Spotsolas iarratais: Cloig adamhach optúla
Seachadann teicneolaíocht torainn ultra-íseal Menlo Systems beachtas trasna an speictrim, ag cur chun cinn feidhmchláir a éilíonn an fheidhmíocht is beaichte, amhail cloig adamhach optúla. Sa réimse seo, chuir ár gcuid OFCanna ar chumas aistriú na dtagairtí optúla is beaichte ar domhan do na cloig optúla is beaichte ar domhan, comparáidí cloig trasspeicis ardchruinneas, chomh maith le scaipeadh achair fhada de chomharthaí cloig optúla trí líonraí snáithíní.
Ag aistriú cruinneas deiridh
Mar a léirítear i bhFíor 6, is minic a bhíonn cuais tagartha optúla ar fáil sa réigiún tonnfhad IR gar (timpeall 1550 nm de ghnáth), áit a dtugann siad feidhmíocht den scoth agus ard-iontaofacht ar chostas íseal i gcomparáid. Ní nach ionadh, tá na cuais tagartha is airde atá ar fáil faoi láthair sa raon tonnfhaid seo. In obair cheannródaíoch a rinne comhoibriú idir JILA (US) agus Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB; Institiúid Náisiúnta Méadreolaíochta na Gearmáine), léirigh cuas sileacain aonchriostalach crióigineach le scátháin sileacain éagobhsaíocht minicíochta codánach chomh híseal le 4 × 10-17ag soicind amháin, agus líne athrú de 5 MHz.5
Is feabhsú faoi dheich í an fhorbairt seo ar staid-na-cuasáin gloine leathnaithe ultra-íseal (ULE) ealaíne ag teocht an tseomra. Chun an chobhsaíocht agus an líne athrú neamhmheaitseála seo a aistriú ó thonnfhad oibríochta na cuas ag 1542 nm go dtí an raon speictreach infheicthe le haghaidh taifead-clog laitíse optúil strointiam briste a oibrítear ag 698 nm,6bíonn taighdeoirí ag brath ar theicneolaíocht chíor minicíochta torainn ultra-íseal- Menlo Systems (go comhthreomhar, rinneamar an chuas crióigineach a innealtóireacht isteach inár múnla ORS-ULN).
Clog-chun-chomparáid clog
Cé go bhfuil an sainmhíniú atá ann faoi láthair ar an dara ceann atá ag brath ar an trasdul hyperfine 9.2-GHz laistigh de caeisiam sheas ar feadh níos mó ná leathchéad bliain, tá iarracht chomhoibritheach domhanda ar siúl chun ath-shainmhíniú ar an gcaighdeán SI ag baint úsáide as aistrithe optúla ultranarrow taobh istigh d'adaimh fuar agus iain gafa. Dá réir sin, tá cloig optúla bunaithe ar raon leathan speiceas adamhach á scrúdú mar iarrthóirí. Chun na caighdeáin nua seo a mheas, ní mór cloig optúla éagsúla a chur i gcomparáid lena chéile ag an leibhéal beachtas is airde (féach Fíor. 6), ach is féidir le minicíochtaí trasdula a bheith éagsúil leis na céadta terahertz agus fágann sé sin go bhfuil sé dodhéanta aon tomhas leictreonach díreach a dhéanamh.
Mar a thaispeánann obair le déanaí, is féidir na bearnaí minicíochta seo a líonadh le cruinneas is airde trí aistriú íonachta speictreach: cumasaíonn OFCanna ultra-íseal torainn Menlo Systems comparáid a dhéanamh thar-gclog speiceas ag an 10-18leibhéal agus níos faide anonn.7Laistigh den chomhthéacs seo, is gné cosanta don todhchaí é aistriú speictreach atá riachtanach d'aon saotharlann cloig optúla, toisc go dtugann sé an rogha chun iniúchadh a dhéanamh ar speicis adamhach éagsúla agus ag brath go muiníneach ar fhoinse amháin chun tagairt a dhéanamh don chíor minicíochta.
Scaipeadh trí líonraí snáithíní
Cé go bhfuil turgnaimh cheannródaíocha ag réiteach an bhealaigh do chloig optúla iniompair, is suiteálacha seasta iad na cloig is cruinne sa lá atá inniu ann arna n-oibriú ag foirne saineolaithe in institiúidí méadreolaíochta náisiúnta, saoráidí taighde agus ollscoileanna. Ar an láimh eile, níl sé indéanta ach comparáidí achair fhada agus comharthaí cloig ultracobhsaí a scaipeadh tríd an mbanda teileachumarsáide. Cuireann sé seo dúshlán roimh fheidhmchláir líonra, toisc go hiondúil nach féidir le OFCanna atá glasáilte d’aistriú cloig optúil comhéadan a dhéanamh go héasca le líonraí snáithíní ná dáileadh comharthaí tagartha chuig suíomhanna eile a chumasú.
Eascraíonn an dúshlán as éifeacht chomhcheangailte an scálaithe torainn céime i gcíoranna gnáthmhinicíochta agus an bhearna speictreach idir na haistrithe clog optúla agus an banna teileachumarsáide. Mar a léirítear i bhFíor 6, sáraíonn aistriú íonachta speictreach an bhacainn seo chun comparáidí cloig achair fhada a chumasú chomh maith le scaipeadh tagairtí ultracobhsaí ar shaotharlanna nach n-oibríonn a gcuid cloig optúla féin. Nochtann an cumas seo raon leathan deiseanna spreagúla eolaíochta-lena n-áirítear dul chun cinn i dteicneolaíochtaí chandamach, geodasaíocht ardchruinneas, réalteolaíocht, loingseoireacht, agus tástálacha ar an bhfisic bhunúsach.8,9
