Их рецензируемая статья «Микро гребешки с двумя октавами на основе хаоса» была опубликована 11 мая 2020 года в Nature Communications, многопрофильном журнале, посвященном публикации высококачественных исследований во всех областях биологии, здоровья, физической химические науки и науки о Земле.
И и Сяо совместно руководили этой работой и являются авторами-корреспондентами.
Соавторы: Хао-Цзин Чен, Цин-Синь Цзи, Ци-Тао Цао, Цихуан Гун из Пекинского университета, а также Хеминг Ван и Ци-Фань Ян из Калифорнийского технологического института. Группа И спонсируется U.S. Национальный научный фонд.
Группа Сяо финансируется Национальным фондом естественных наук Китая и Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая.
Команда применила теорию хаоса к определенному типу фотонных устройств, называемых частотной гребенкой на основе микрорезонатора или микрогребней.
Микро гребешок эффективно преобразует фотоны с одной длины волны в несколько. Исследователи продемонстрировали широчайший (i.е., самый красочный) спектральный диапазон микрогребней, когда-либо зарегистрированный.
По мере того, как фотоны накапливаются и их движение усиливается, частотная гребенка генерирует свет в ультрафиолетовом и инфракрасном спектрах.
«Это как превратить монохромный волшебный фонарь в разноцветный кинопроектор», – сказал Йи. Широкий спектр света, генерируемый фотонами, увеличивает его полезность в спектроскопии, оптических часах и астрономической калибровке для поиска экзопланет.
Микрогребня работает путем соединения двух взаимозависимых элементов: микрорезонатора, который представляет собой кольцевую структуру микрометрового масштаба, которая охватывает фотоны и генерирует частотную гребенку, и выходную шину-волновод. Волновод регулирует излучение света: только согласованная скорость света может выходить из резонатора в волновод. Как объяснил Сяо: «Это похоже на поиск съезда с шоссе; независимо от того, насколько быстро вы едете, съезд всегда имеет ограничение скорости."
Исследовательская группа придумала умный способ помочь большему количеству фотонов уловить свой выход.
Их решение – деформировать микрорезонатор таким образом, чтобы внутри кольца создавалось хаотическое движение света. «Это хаотическое движение изменяет скорость света на всех доступных длинах волн», – сказал соавтор и член исследовательской группы Пекинского университета Хао-Цзин Чен. Когда скорость в резонаторе совпадает со скоростью выходной шины-волновода в определенный момент, свет выйдет из резонатора и потечет через волновод.
Принятие командой теории хаоса является результатом их предыдущего исследования широкополосного преобразования импульса с помощью хаоса в деформированной микрополости, которое было опубликовано в Science в 2017 году (Science 358, 344-347).
Это исследование основано на сильных сторонах UVA Engineering в области фотоники. Чарльз Л. Кафедра электротехники и вычислительной техники Брауна имеет прочную основу в области полупроводниковых материалов и физики устройств, которая распространяется на передовые оптоэлектронные устройства.
Лаборатория микрофотоники Йи проводит исследования высококачественных интегрированных фотонных резонаторов, уделяя особое внимание оптическим частотным гребенкам на основе микрорезонаторов и фотонным квантовым вычислениям на основе непрерывных переменных.
«Введение хаоса и деформации полости не только обеспечивает новый механизм, но и дает дополнительную степень свободы при разработке фотонных устройств», – сказал Йи. "Это может ускорить исследования в области оптики и фотоники в квантовых вычислениях и других приложениях, которые имеют жизненно важное значение для будущего экономического роста и устойчивости."