Finkammar ljuset för nya tillämpningar

En frekvenskam är ett mönster av ljus. Om det delas upp med ett prisma blir det inte till en kontinuerlig regnbåge utan till smala band av olika färger fördelade på exakt samma avstånd från varandra. Forskaren Victor Torres Company leder en forskargrupp vid Chalmers som har utvecklat en ny version av en typ av frekvenskam, en mikrokam på ett chip.

Varför är frekvenskammar viktiga?

– Frekvenskammar är väldigt mångsidiga. Man kan använda dem för molekylär spektroskopi, för att mäta distans, för telekommunikationssystem – det är något som kommer starkt – och för att hitta exoplaneter.

Om vi fokuserar på ett exempel, hur används de till att hitta exoplaneter?

– Frekvenskammen används för att kalibrera det instrument som används för att mäta ljuset från en stjärna. Man hittar en exoplanet genom att titta på spektrum från stjärnan många gånger över lång tid och se hur det förskjuts mot rödare eller blåare färger (”radialhastighetsmetoden”, se till exempel grafik från F&F 10/2019 /red). Teleskop innehåller många mekaniska komponenter, som gör att de kan tappa sin skala. Då kan man använda en frekvenskam, som innehåller många färger som man känner till exakt, för att kalibrera så att mätningen blir riktig. Det finns bland annat ett observatorium i Chile som använder frekvenskam för det här.

Hur skapar man en frekvenskam?

– Jo, det beror på relationen mellan tid och frekvens, de är kopplade. Ju kortare en ljuspuls är desto bredare är dess spektrum. En möjlighet är att börja med en laser, med en färg, och modulera den så att ljuset kommer i korta regelbundna pulser. Då får du många färger i ditt spektrum. Om du har många pulser som kommer repetitivt och tittar på ditt spektrum så är det inte ett kontinuum, det är uppbyggt av många väldefinierade frekvenser – så det är en kam.

Vad är skillnaden mellan de frekvenskammar man har haft förut och mikrokammen som ni har gjort nu?

– Vi har skapat en resonator som är väldigt liten. Det är en ring på bara 100 mikrometer där ljuset kan gå många gånger innan det går ut. Det betyder att man kan bygga upp väldigt stor intensitet på insidan, så stor att man får nya färger som inte fanns från början. Den första mikrokammen gjordes 2007, så det är inte nytt. Men det finns ett problem, nämligen att man behöver väldigt mycket energi i lasern. Så vad vi har gjort är att använda två mikroresonatorer. Man kan säga att den ena hjälper den andra att skapa nya färger mycket mer effektivt. Det blir helt ny fysik.

Vad är nästa steg?

– Vi tittar på att integrera de två mikroresonatorerna tillsammas med en laser i ett chip, och göra det så att lasern fortfarande har bra kvalitet. Det är en stor teknikutmaning.

– Dessutom jobbar vi med hur vi kan använda frekvenskammen i telekommunikationsteknik, för att skicka signaler i optiska fibrer. Vi skulle kunna använda en enda laser i stället för till exempel tio, eftersom vi kan skapa tio olika färger samtidigt och sedan modulera dem separat för att skicka olika signaler samtidigt genom samma fiber.