Competizione di guadagno tra pettine ottico di Kerr e scattering Raman indotto in microcavità di silice.

La miscelazione a quattro onde e lo scattering Raman indotto sono un tipo di effetto ottico non lineare del terzo ordine e sono spesso osservati nei micro risonatori ottici, dove la densità di luce per unità di volume aumenta. Possono essere considerati come "processi che generano luce a nuove lunghezze d'onda" in condizioni che soddisfano la legge di conservazione dell'energia. Lo scattering Raman indotto è un fenomeno in cui nuove lunghezze d'onda di luce sono generate dalla risonanza (scattering) tra la luce di pompa e le vibrazioni molecolari intrinseche di un materiale. Il vetro di silice, il materiale del risonatore utilizzato in questo studio, è noto per avere un guadagno Raman su una banda di lunghezze d'onda molto ampia, il che significa che è possibile generare luce di varie lunghezze d'onda. D'altra parte, la miscelazione a quattro onde è un fenomeno in cui vengono generati due nuovi fotoni di diversa lunghezza d'onda quando viene immessa una luce di pompa di una sola lunghezza d'onda. La luce generata in questo modo ha una buona monocromaticità e direzionalità e si prevede quindi che possa essere applicata come sorgente di luce ottica a pettine di frequenza operante su scala di chip.

In questo studio è stata prevista teoricamente e osservata sperimentalmente la competizione di guadagno tra il mixing a quattro onde e lo scattering Raman indotto che si verifica nei micro-risonatori ottici di silice. Come accennato in precedenza, il mixing a quattro onde e lo scattering Raman indotto sono fenomeni fisici completamente diversi, ma poiché entrambi hanno origine dalla stessa luce di pompa, rimaneva da stabilire quale fosse la sorgente dominante e preferenziale. La chiave della soluzione è stata l'analisi del "guadagno". Confrontando la facilità di generazione (=gain) del mixing a quattro onde e dello scattering Raman indotto mediante un'analisi teorica, abbiamo scoperto che esistono condizioni in cui il mixing a quattro onde e lo scattering Raman indotto possono essere ottenuti in modo selettivo.
Le figure seguenti mostrano i risultati sperimentali dei cambiamenti di stato dinamici in 1-FSR (modo vicino alla pompa), scattering Raman indotto e 2-FSR (modo vicino alla pompa) regolando con precisione la lunghezza d'onda del laser. I risultati sono in buon accordo con i risultati della simulazione e rivelano un meccanismo che è stato osservato ma non compreso a fondo. Questi risultati dovrebbero fornire conoscenze importanti per le future applicazioni dei laser ottici Kercomb e Raman.