peine de frecuencias de Kerr

Los peines de frecuencia de Kerr (también conocidos como peines de frecuencia de microresonador ) son peines de frecuencia ópticos generados a partir de un láser de bombeo de onda continua mediante la no linealidad de Kerr . Esta conversión coherente del láser de bombeo a un peine de frecuencia tiene lugar dentro de un resonador óptico , que suele tener un tamaño de micrómetros a milímetros y, por lo tanto, se denomina microresonador . La generación coherente del peine de frecuencia a partir de un láser de onda continua , con la no linealidad óptica como ganancia, distingue a los peines de frecuencia de Kerr de los peines de frecuencia ópticos más comunes en la actualidad. Estos últimos se generan mediante láseres de bloqueo de modos, donde la ganancia dominante proviene de un medio de ganancia láser convencional, que se bombea de forma incoherente. Dado que los peines de frecuencia de Kerr solo dependen de las propiedades no lineales del medio dentro del microresonador y no requieren un medio de ganancia láser de banda ancha, en principio se pueden generar peines de frecuencia de Kerr amplios alrededor de cualquier frecuencia de bombeo.

Si bien el principio de los peines de frecuencia de Kerr es aplicable a cualquier tipo de resonador óptico, la generación de estos peines requiere una intensidad de campo del láser de bombeo superior al umbral paramétrico del proceso no lineal. Este requisito es más fácil de cumplir dentro de un microresonador debido a las bajas pérdidas que se pueden producir en su interior (y los correspondientes altos factores de calidad ) y a los pequeños volúmenes modales de los microresonadores . La combinación de estas dos características da como resultado una gran amplificación del campo del láser de bombeo dentro del microresonador, lo que permite la generación de amplios peines de frecuencia de Kerr para potencias razonables del láser de bombeo.

Una propiedad importante de los peines de frecuencia de Kerr, consecuencia directa de las pequeñas dimensiones de los microresonadores y sus amplios rangos espectrales libres (FSR) , es el gran espaciado entre modos característico de estos peines. En los láseres de bloqueo de modos, este espaciado, que define la distancia entre dientes adyacentes del peine de frecuencia, suele estar entre 10  MHz y 1  GHz. En los peines de frecuencia de Kerr, el rango típico es de aproximadamente 10  GHz a 1 THz.

La generación coherente de un peine de frecuencias ópticas a partir de un láser de bombeo de onda continua no es una propiedad exclusiva de los peines de frecuencias de Kerr. Los peines de frecuencias ópticas generados con moduladores ópticos en cascada también poseen esta propiedad. Para ciertas aplicaciones, esta propiedad puede resultar ventajosa. Por ejemplo, para estabilizar la frecuencia de desplazamiento del peine de frecuencias de Kerr, se puede aplicar directamente retroalimentación a la frecuencia del láser de bombeo. En principio, también es posible generar un peine de frecuencias de Kerr alrededor de un láser de onda continua específico para utilizar el ancho de banda del peine de frecuencias y determinar la frecuencia exacta de dicho láser.

Desde su primera demostración en resonadores microtoroides de sílice, ^{[ 1 ]} los peines de frecuencia de Kerr se han demostrado en una variedad de plataformas de microresonadores que notablemente también incluyen microresonadores cristalinos ^{[ 2 ]} y plataformas fotónicas integradas como resonadores de guía de onda hechos de nitruro de silicio . ^{[ 3 ]} Investigaciones más recientes han ampliado aún más la gama de plataformas disponibles que ahora incluye diamante , ^{[ 4 ]} nitruro de aluminio , ^{[ 5 ]} niobato de litio , ^{[ 6 ]} y, para longitudes de onda de bombeo de infrarrojo medio, silicio . ^{[ 7 ]}

Debido a que ambos utilizan los efectos no lineales del medio de propagación, la física de los peines de frecuencia de Kerr y de la generación de supercontinuo a partir de láseres pulsados ​​es muy similar. Además de la no linealidad, la dispersión cromática del medio también desempeña un papel crucial en estos sistemas. Como resultado de la interacción entre la no linealidad y la dispersión, se pueden formar solitones . El tipo de solitones más relevante para la generación de peines de frecuencia de Kerr son los solitones de cavidad disipativos brillantes, ^{[ 8 ] [ 9 ]} que a veces también se denominan solitones de Kerr disipativos (DKS). Estos solitones brillantes han contribuido significativamente al avance del campo de los peines de frecuencia de Kerr, ya que proporcionan una forma de generar pulsos ultracortos que, a su vez, representan un peine de frecuencia óptica coherente de banda ancha, de una manera más fiable que la que era posible anteriormente.

En su forma más simple, con solo la no linealidad de Kerr y la dispersión de segundo orden, la física de los peines de frecuencia de Kerr y los solitones disipativos se puede describir bien mediante la ecuación de Lugiato-Lefever . ^{[ 10 ]} Otros efectos, como el efecto Raman ^{[ 11 ]} y los efectos de dispersión de orden superior, requieren términos adicionales en la ecuación.

• peine de frecuencias
• Bloqueo de modo
• ecuación de Lugiato-Lefever