Los peines de frecuencia Kerr (también conocidos como peines de frecuencia de microrresonador ) son peines de frecuencia óptica que se generan a partir de un láser de bombeo 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 normalmente tiene un tamaño de micrómetro a milímetro y, por lo tanto, se denomina microrresonador . 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 Kerr de los peines de frecuencia óptica más comunes de la actualidad. Estos peines de frecuencia se generan mediante láseres de modo bloqueado donde la ganancia dominante proviene de un medio de ganancia láser convencional, que se bombea de forma incoherente. Debido a que los peines de frecuencia Kerr solo se basan en las propiedades no lineales del medio dentro del microrresonador y no requieren un medio de ganancia láser de banda ancha, en principio se pueden generar peines de frecuencia Kerr amplios alrededor de cualquier frecuencia de bombeo.
Si bien el principio de los peines de frecuencia Kerr es aplicable a cualquier tipo de resonador óptico, el requisito para la generación de peines de frecuencia Kerr es una intensidad de campo láser de bombeo por encima del umbral paramétrico del proceso no lineal. Este requisito es más fácil de cumplir dentro de un microrresonador debido a las posibles pérdidas muy bajas dentro de los microrresonadores (y los correspondientes factores de alta calidad ) y debido a los pequeños volúmenes de modo de los microrresonadores . Estas dos características combinadas dan como resultado una gran mejora del campo del láser de bombeo dentro del microrresonador que permite la generación de peines de frecuencia Kerr amplios para potencias razonables del láser de bombeo.
Una propiedad importante de los peines de frecuencia Kerr, que es una consecuencia directa de las pequeñas dimensiones de los microresonadores y sus grandes rangos espectrales libres (FSR) resultantes , es el gran espaciamiento entre modos de los peines de frecuencia Kerr típicos. Para los láseres bloqueados por modo, este espaciamiento entre modos, que define la distancia entre los dientes adyacentes del peine de frecuencia, está típicamente en el rango de 10 MHz a 1 GHz. Para los peines de frecuencia Kerr, el rango típico es de alrededor de 10 GHz a 1 THz.
La generación coherente de un peine de frecuencia óptica a partir de un láser de bombeo de onda continua no es una propiedad exclusiva de los peines de frecuencia 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 desplazamiento del peine de frecuencia Kerr se puede aplicar directamente una retroalimentación a la frecuencia del láser de bombeo. En principio, también es posible generar un peine de frecuencia Kerr alrededor de un láser de onda continua particular para utilizar el ancho de banda del peine de frecuencia para determinar la frecuencia exacta del láser de onda continua.
Desde su primera demostración en resonadores microtoroides de sílice, [1] los peines de frecuencia Kerr se han demostrado en una variedad de plataformas de microresonadores que también incluyen notablemente 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 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 Kerr y de la generación de supercontinuos a partir de láseres pulsados es muy similar. Además de la no linealidad, la dispersión cromática del medio también juega un papel crucial para estos sistemas. Como resultado de la interacción de la no linealidad y la dispersión, se pueden formar solitones . El tipo de solitones más relevante para la generación de peines de frecuencia Kerr son los solitones de cavidad disipativa brillantes, [8] [9] que a veces también se denominan solitones Kerr disipativos (DKS). Estos solitones brillantes han ayudado a avanzar significativamente en el campo de los peines de frecuencia 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 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 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.