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      鏡頭知識

      光學鏡頭定制專家

      光學頻率梳是什么

      2020年06月19日 鏡頭知識 2409 views

              像許多自然科學一樣,激光物理學的核心是精確性。1981年諾貝爾物理學獎得主Arthur Schawlow建議“除了頻率,不要測量任何東西”,光學頻率梳(OFC)因此可以被認為是最準確的頻率尺。今年是激光器誕生60周年,盡管OFC比激光器略年輕,但它在近20年中有了飛速的發展。

             OFC到底是什么?在最初的意義上,它是一個相位穩定的鎖模激光器。這種激光器的第一個原型于1964年研制成功,它能產生連續的極短光脈沖序列,持續時間可達皮秒或飛秒。雖然激光的作用迫使具有相同能量和頻率的光子發射,但并不是所有的激光都是單色的,產生超短脈沖需要大量的腔模相干干擾。因此,鎖模激光器包含數百萬個共振頻率,它們之間有固定的相位關系。然而,也有不同的機制可以產生OFCs,如電光調制或非線性介質中的四波混頻。因此,OFC最好在頻域描述:頻譜由一系列等間隔的離散和銳頻線組成類似梳子的齒(如圖)。

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      因此,這種光源的光頻分量(或模式)的特征是梳齒之間的頻率分離,通常在微波范圍內,并且有一個公共的偏移量,它完全表達了OFC的模式。這意味著微波頻率完全定義了光學頻率。因此,OFC直接將太赫茲范圍的光頻率轉換為兆赫到千兆赫范圍的微波頻率。由于這一驚人的特性,OFC為光學原子時鐘的開發提供了一種解決方案,在1999年成為了研究熱點。

             盡管人們早就認識到,基于原子的光躍遷所預測的時鐘精度會有所提高,但這類光信號的測量卻面臨一個根本性的問題,因為光的振蕩速度比最先進的電子設備快100萬倍。因此,由于現有測量技術的準確性有限,潛在的增益就喪失了。OFC利用“齒輪”,通過梳狀的有規則間隔的齒將光時鐘的蕩除以齒數(通常在105到106之間)將信號傳輸到微波域的較低頻率。這些振蕩可以用標準的微波技術來計算。因此,光學時鐘現在允許的保真度優于1/10^18,比微波時鐘提高了兩個數量級。精確分光鏡的這一基本進步為Theodor H?nsch 和 John Hall贏得了2005年諾貝爾物理學獎。

             OFCs作為頻率控制有著驚人的性能,其19位的準確性可能不是完全顯而易見,但該工具也有著廣泛的應用價值,例如作為檢測化學物質的高速光通信光源,或用于測量距離。OFC不僅在其應用中不斷發展,而且作為一個系統,從桌面設計轉向更小、更容易使用的集成結構。盡管仍處于研究階段,但這種芯片大小的設備展示了商業應用所需的緊湊性、穩健性和簡單性。


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