光频梳本质上是一种特殊的激光器,其独特之处在于能够产生一系列具有精确延迟的脉冲。在其内部,通过巧妙的设计与复杂的物理过程实现这一特性。以飞秒光频梳为例,飞秒激光器中的锁模机制发挥着关键作用。锁模过程使得激光器输出的脉冲在时间上高度有序,相邻脉冲之间具有精确、稳定的时间延迟。这种精确延迟源于激光器谐振腔内的各种光学元件对光脉冲的精细调控,包括色散补偿元件对脉冲展宽的控制,以及增益介质对脉冲能量的补充与稳定。这些精确延迟的脉冲在频域表现为等间隔的分立光谱,即光频梳的梳齿。在实际应用中,如光学相干层析成像技术里,光频梳产生的精确延迟脉冲可用于对生物组织内部结构进行高分辨率成像,通过分析不同深度组织反射光脉冲的延迟时间,获取组织的详细信息 。未来,光频梳的发展方向主要包括两个方面。光频梳光频梳输入
光频梳的产生方式主要有光调制与飞秒脉冲两种。光调制产生光频梳,是利用特定的调制技术,对连续激光进行调制。比如采用电光调制器或声光调制器,在激光中引入周期性的频率调制,使激光光谱在频域上分裂为一系列等间隔的频率分量,从而形成光频梳。这种方式产生的光频梳,在通信领域应用很多,可用于密集波分复用系统,增加通信容量。而飞秒脉冲产生光频梳,则基于飞秒激光器。飞秒激光器输出的超短脉冲,在时域上具有极短的持续时间,根据傅里叶变换,其在频域会展宽为一个宽带光谱。当满足特定条件,如在锁模机制作用下,这些宽带光谱中的频率分量会形成稳定的等间隔分布,进而产生光频梳。该方式产生的光频梳,在精密光谱学、光钟等对脉冲特性要求较高的领域表现出色 。光频梳通信光的频率密码:光频梳技术助力科研探索新领域。
光频梳是一种特殊的激光源,它的光谱呈现出一种独特的结构,即由一系列非常精确定义的均匀间隔的频率组成。这些频率像梳子上的齿一样,排列得非常整齐,因此被称为光频梳。光频梳的出现,极大地推动了光学、光学通信、光谱分析等领域的发展。它的特点在于能够产生一系列精确、均匀间隔的频率,这使得它在频率计量、光学频率合成、高精度光谱分析等方面具有广泛的应用。光频梳的制造需要高度精密的技术和工艺,包括光学器件的选择、激光源的稳定性控制、频率的精确调控等。这些技术的运用,使得光频梳能够在光谱分析中提供高精度的数据支持,为科研和应用提供可靠的保障。此外,光频梳还具有很高的灵活性和可调谐性。通过调整光频梳的参数和配置,可以实现对不同频率的激光输出,满足不同的应用需求。这使得光频梳在光学通信、光学传感、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
过去 20 多年间,光频梳技术经历了从萌芽到蓬勃发展的历程,逐步从计量实验室的精密仪器走向更广阔的应用天地。光频梳主要在计量实验室中用于高精度的时间频率计量,作为一种验证科学理论、提升计量精度的前沿技术而存在。随着研究的深入与技术的成熟,其应用领域不断拓展。在通信行业,光频梳用于提升光纤通信的容量与稳定性,助力构建更高效的信息高速公路。在科研领域,光频梳在天文学中用于系外行星探测,通过精确分析恒星光谱变化寻找行星踪迹;在化学、生物学领域,用于分子结构分析、生物分子检测等。在工业生产中,光频梳也应用于精密制造的测量与校准环节。如今,光频梳已融入众多行业,持续为各领域发展注入新动力,其应用边界仍在不断拓展 。光频梳提供了极高的频率稳定性和分辨率,使得激光雷达能够实现非常精确的距离测量。
光频梳的出现,为光学测量翻开了崭新的篇章。它在基础科研中发挥着关键作用,在原子钟的研究中,光频梳用于精确比对原子的能级跃迁频率,使得原子钟的精度不断提高,为全球卫星导航系统提供了更精i准的时间基准。在生物医学领域,光频梳光谱技术可用于生物分子的检测和分析,实现对疾病的早期诊断。同时,它还开启了众多科研新领域的探索,如量子光学、光通信网络性能优化等。光频梳以其良好的性能,为科研人员提供了探索未知的有力武器,推动着科学研究不断向前发展。光频梳技术为光钟的实现提供了关键支持,使得原子钟的精度得到了极大的提升。光频梳光频梳输入
经过20多年的发展,光频梳已经从计量实验室走向了更广阔的世界。光频梳光频梳输入
光纤激光频率梳利用光纤组件技术,能够实现长时间连续运行,这一特点在诸多领域具有优势。光纤组件的稳定性极高,能够提供稳定的激光输出,使得光纤激光频率梳在运行过程中能够保持极高的频率精度和稳定性。与传统的光学频率梳相比,光纤激光频率梳不受环境干扰的影响,具有更好的抗干扰能力。此外,光纤激光频率梳的连续运行时间长,能够满足长时间工作的需求。在科研、通信、光谱分析等领域,长时间连续运行的激光频率梳能够提供持续、稳定的数据支持,为相关研究和应用提供可靠的保障。另外,光纤激光频率梳的维护成本较低,使用寿命长。由于光纤组件的耐用性和稳定性,光纤激光频率梳在使用过程中能够减少维护和更换的频率,降低了使用成本。光频梳光频梳输入
光频梳并非普通的脉冲激光器,是时域与频域的耦合——时域上,它输出重复频率稳定的超短脉冲序列,脉冲间延迟可精确调控至飞秒(10^-15秒)甚至阿秒级;频域上,这些脉冲会展开为一系列等间隔、高相干的频率分量,形似梳子的齿均匀分布,“光频梳”的命名便源于此形象特征。实现这一特性的关键是锁模技术:通过主动(如电光调制)或被动(如可饱和吸收)方式,迫使激光腔内不同频率的光场形成固定相位关系,既生成超短脉冲,又保证频域分量的间隔严格等于脉冲重复频率(通常在MHz至GHz量级)。为进一步提升精度,光频梳常与原子钟、光学参考腔结合,将频率稳定性控制在10^-15量级,相当于数百万年误差不超过1秒,远超传统光源...