“光學頻率梳”的原理與應用
瀏覽次數(shù)：1430 發(fā)布于：2023-04-21
光學頻率梳（OFC）是指在頻譜上由一系列均勻間隔且具有相干穩(wěn)定相位關系的頻率分量組成的光譜。隨著光通信技術的飛速發(fā)展，OFC由于其在光學任意波形產(chǎn)生、多波長超短脈沖產(chǎn)生和密集波分復用等領域的廣泛應用吸引了越來越多學者的關注。
光學頻率梳已經(jīng)成為繼超短脈沖激光問世之后激光技術領域又一重大突破。在該領域內(nèi)，開展開創(chuàng)性工作的兩位科學家J. L.Hall和T. W. Hansch于2005年獲得了諾貝爾獎。
原理上，光學頻率梳在頻域上表現(xiàn)為具有相等頻率間隔的光學頻率序列，在時域上表現(xiàn)為具有飛秒量級時間寬度的電磁場振蕩包絡，其光學頻率序列的頻譜寬度與電磁場振蕩慢變包絡的時間寬度滿足傅里葉變換關系。
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光學頻率梳（OFC）是指在頻譜上由一系列均勻間隔且具有相干穩(wěn)定相位關系的頻率分量組成的光譜。隨著光通信技術的飛速發(fā)展，OFC由于其在光學任意波形產(chǎn)生、多波長超短脈沖產(chǎn)生和密集波分復用等領域的廣泛應用吸引了越來越多學者的關注。
光學頻率梳已經(jīng)成為繼超短脈沖激光問世之后激光技術領域又一重大突破。在該領域內(nèi)，開展開創(chuàng)性工作的兩位科學家J. L.Hall和T. W. Hansch于2005年獲得了諾貝爾獎。
原理上，光學頻率梳在頻域上表現(xiàn)為具有相等頻率間隔的光學頻率序列，在時域上表現(xiàn)為具有飛秒量級時間寬度的電磁場振蕩包絡，其光學頻率序列的頻譜寬度與電磁場振蕩慢變包絡的時間寬度滿足傅里葉變換關系。
超短脈沖的這種在時域和頻域上的分布特性就好似我們?nèi)粘Ｋ玫氖嶙?，形象化的稱之光學波段的頻率梳，簡稱"光梳"。
光梳相當于一個光學頻率綜合發(fā)生器，是迄今為止有效的進行絕對光學頻率測量的工具，可將銫原子微波頻標與光頻標準確而簡單的聯(lián)系起來，為發(fā)展高分辨率、高精度、高準確性的頻率標準提供了載體，也為精密光譜、天文物理、量子操控等科學研究方向提供了較為理想的研究工具，逐漸被人們運用于光學頻率精密測量、原子離子躍遷能級的測量、遠程信號時鐘同步與衛(wèi)星導航等領域中。
獲得光梳的關鍵首先是實現(xiàn)穩(wěn)定的超短脈沖輸出，其次是實現(xiàn)對該超短脈沖序列在時域及頻域的精密控制，即對超短脈沖的載波包絡相位和激光脈沖重復頻率的控制。早期的光梳光源都是基于傳統(tǒng)的鈦寶石飛秒激光器構建而成。
美國天體物理聯(lián)合實驗室J.L. Hall教授等人首次利用自參考f-2f技術實現(xiàn)了載波包絡相位穩(wěn)定的鈦寶石鎖模激光器，這標志著飛秒光學頻率梳的誕生。
激光雷達用激光來測定遠距離目標的位置、速度和性質(zhì)。用光學頻率梳產(chǎn)生的特定波形的激光，有望將雷達的靈敏度和探測范圍提高幾個數(shù)量級。
光學原子鐘是迄今為止，人類制造的精確的時鐘，它的精度已經(jīng)超過了 1967年來一直作為標準的微波原子鐘。光學原子鐘將在空間導航、衛(wèi)星通信、基礎物理問題的超高精度檢。
研究人員已經(jīng)演示了利用光梳的超靈敏化學探測器，目前正在研制商業(yè)化儀器的樣機。這種探測器，能夠讓安檢人員更快捷的識別爆炸物及危險病原體等有害物質(zhì)。醫(yī)生可以通過檢測病人呼出的氣體的化學成分來診斷疾病。
使單根光纖傳輸?shù)男盘柫吭黾雍脦讉€數(shù)量級，所需的只是一把光梳，各通道之間的干擾也將減少，尤其是安全通信，將從光梳的運用上獲得許多好處。
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