Los peines de frecuencia de Kerr (también conocidos como peines de frecuencia de microresonador ) son peines de frecuencia óptica que se generan a partir de un láser de bomba de onda continua mediante la no linealidad de Kerr . Esta conversión coherente del láser de bombeo en un peine de frecuencia tiene lugar dentro de un resonador óptico que suele tener un tamaño de micrómetro a milímetro 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 peines de frecuencia son generados por láseres de modo bloqueado donde la ganancia dominante proviene de un medio de ganancia láser convencional, que se bombea de manera incoherente. Debido a que los peines de frecuencia de Kerr solo se basan en las propiedades no lineales del medio dentro del microresonador y no requieren un medio de ganancia de láser de banda ancha, en principio se pueden generar peines de frecuencia de Kerr amplios alrededor de cualquier frecuencia de bomba.
Si bien el principio de los peines de frecuencia de Kerr es aplicable a cualquier tipo de resonador óptico, el requisito para la generación del peine de frecuencia de Kerr es una intensidad del campo láser de bombeo por encima del umbral paramétrico del proceso no lineal. Este requisito es más fácil de cumplir dentro de un microresonador debido a las posibles pérdidas muy bajas dentro de los microresonadores (y los correspondientes factores de alta calidad ) y debido a los pequeños volúmenes de modo de los microresonadores . Estas dos características combinadas dan como resultado una gran mejora del campo del láser de bomba dentro del microresonador que permite la generación de peines de frecuencia Kerr amplios para potencias razonables del láser de bomba.
Una propiedad importante de los peines de frecuencia de Kerr, que es una consecuencia directa de las pequeñas dimensiones de los microresonadores y sus grandes rangos espectrales libres (FSR) resultantes , es el gran espaciado entre modos de los peines de frecuencia de Kerr típicos. Para los láseres de modo bloqueado, este espaciado de modo, que define la distancia entre dientes adyacentes del peine de frecuencia, suele estar en el rango de 10 MHz a 1 GHz. Para los peines de frecuencia de Kerr, el rango típico es de aproximadamente 10 GHz a 1 THz.
La generación coherente de un peine de frecuencia óptica a partir de un láser de bomba de onda continua no es una propiedad exclusiva de los peines de frecuencia de Kerr. Los peines de frecuencia óptica generados con moduladores ópticos en cascada también poseen esta propiedad. Para determinadas aplicaciones, esta propiedad puede resultar ventajosa. Por ejemplo, para estabilizar la frecuencia de compensación del peine de frecuencia de Kerr, se puede aplicar retroalimentación directamente 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 particular para utilizar el ancho de banda del peine de frecuencias para determinar la frecuencia exacta del láser de onda continua.
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 también incluyen microresonadores cristalinos [2] y plataformas fotónicas integradas, como resonadores de guía de ondas hechos de nitruro de silicio . [3] Investigaciones más recientes han ampliado aún más la gama de plataformas disponibles, que ahora incluyen diamante , [4] nitruro de aluminio , [5] niobato de litio , [6] y, para longitudes de onda de bombas 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 supercontinua a partir de láseres pulsados es muy similar. Además de la no linealidad, en estos sistemas también juega un papel crucial la dispersión cromática del medio. Como resultado de la interacción de la no linealidad y la dispersión, se pueden formar solitones . El tipo más relevante de solitones para la generación de peines de frecuencia de Kerr son los solitones de cavidad disipativa brillantes, [8] [9] que a veces también se denominan solitones de Kerr disipativos (DKS). Estos solitones brillantes han ayudado a avanzar significativamente en el campo de los peines de frecuencia de Kerr, ya que proporcionan una manera de generar pulsos ultracortos que a su vez representan un peine de frecuencia óptica coherente y de banda ancha, de una manera más confiable de lo que era posible antes.
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 puede describirse 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.