时间抖动表征
概述
2021 年，美国加州理工学院（帕萨迪纳）Kerry J. Vahala 团队在《自然・物理》发表研究，证实平衡光学互相关器（BOC）可作为超高精度测量设备，用于检测光信号的时间抖动。 该团队利用BOC装置，精确测量了微腔中光孤子双体的时间抖动，并分析了量子噪声对光孤子相对运动造成的影响。
光孤子是一种自维持波包，在介质中传播时可保持波形与传输速度恒定，该特性由介质非线性效应与色散效应相互制衡实现。凭借优异的自稳定特性，光孤子也是下一代通信系统的重点研究对象。
本次研究的对象为光学微腔中经相干泵浦产生的克尔光孤子，这类微腔是片上光频梳的核心单元。但光学孤子会产生随机量子扩散，这也是孤子微梳性能的固有物理极限。
Bao 等人于 2021 年搭建实验平台，可在微腔中产生同向传输光孤子与反向传输光孤子；光孤子引出微腔后接入 BOC，即可完成光孤子对之间时间抖动的分析测试。实验明确了反向传输光孤子的量子极限，同时验证了同向传输光孤子具备的稳定作用。测试发现：同向传输光孤子之间存在理论预测的整体运动耦合效应，其相对时间抖动远低于单颗光孤子的量子极限。
对加州理工学院本次实验而言，BOC 的超高测量精度是实验成功的关键。该设备助力研究团队探索孤子微梳时间抖动的物理极限，也为多光孤子物理领域提供了全新研究结论。
应用机构
参考文献
[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).
