其次是 “频率溯源桥梁”:光学频率测量需依托稳定的基准(如铯原子微波钟),但光频(10^12-10^18 Hz)与微波频标(10^9 Hz)存在量级鸿沟。光频梳的梳齿频率严格等于 “重复频率 × 梳齿序数 + 载波包络偏移频率”,其中重复频率可直接与微波频标锁定,相当于在光频与微波频标间搭建了 “可量化的桥梁”,让任何目标光频都能通过梳齿溯源至国际时间基准,确保测量结果的全球一致性。此外,光频梳自身的频率稳定性可达 10^-18 量级,远高于传统光学测量仪器(通常为 10^-12-10^-15 量级)。在测量原子能级跃迁频率时,传统方法可能存在 kHz 级误差,而光频梳可将误差压缩至 Hz 甚至 mHz 级,为量子光学、精密计量等领域的 “极限测量” 提供了可靠支撑 —— 例如通过测量分子振动频率,可实现对大气污染物浓度的 ppb 级(十亿分之一)检测,这正是传统测量技术难以企及的精度高度。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。红外光频梳特点
光频梳因其特殊的性质,使得其能够将微波和光学频率直接连接起来,这一特点极大地简化了传统的频率链技术。在传统的频率链技术中,微波和光学频率之间的转换需要经过多个中间环节,包括信号的放大、滤波、调制等,这些环节不仅增加了系统的复杂性,还可能导致信号的失真和误差。而光频梳的出现,使得微波和光学频率之间的转换变得更为直接和简单。由于光频梳能够提供一系列精确且稳定的光学频率,这些频率可以直接与微波信号进行匹配和同步。这样一来,复杂的频率链技术就被迅速取代,系统的复杂性得到了极大的降低。皮秒光纤光频梳重复频率光频梳的发明和发展为科学研究和技术创新提供了强大的工具和平台。
光频梳技术宛如一把 “光尺”,为光学测量领域带来了的变革。在传统光学测量中,精度常受限于光源的稳定性与测量方法的局限。而光频梳凭借其独特的等间隔分立光谱特性,极大提升了测量精度。例如在精密光谱分析里,它能分辨极细微的频率差异,助力科学家深入探究原子、分子的精细结构。在激光测距方面,光频梳可实现亚毫米级甚至更高精度的测量,为航天、测绘等对精度要求严苛的领域提供有力支撑。随着研究不断深入,光频梳在光学测量的多个分支持续拓展边界,带领该领域迈向更高精度、更宽应用范围的新高度。
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。起初,光频梳主要在计量领域发挥关键作用,用于重新定义时间频率基准,极大提高了时间测量的精度,让全球计时体系更加精i准统一。随着技术的不断成熟与创新,其应用范围逐渐拓展到天文观测。天文学家利用光频梳校准光谱仪,精确测量恒星的光谱,从而更准确地研究恒星的化学成分、运动状态以及宇宙的演化奥秘。在生物医学领域,光频梳技术助力高分辨率成像,能够清晰呈现生物组织的微观结构,为疾病诊断和提供更精确的依据。此外,在环境监测、精密制造等行业,光频梳也崭露头角,成为推动各领域技术革新的重要力量 。自20世纪末以来,光学频率梳技术的发展和其广阔应用已经彻底改变了物理学的许多领域。
光频梳技术宛如一位神秘的舞者,在科研测量的舞台上,不断揭示新的奥秘。在量子光学研究中,光频梳能够精确控制和测量光子的频率和相位,为量子信息处理、量子通信等领域提供了关键技术支持。在激光雷达领域,光频梳可实现高精度的距离测量和目标识别,提升激光雷达在自动驾驶、环境监测等方面的性能。通过对光频梳的深入研究和应用,科学家们能够突破传统测量的限制,发现新的物理现象,解决一系列复杂的科研问题,为科研测量带来全新的视角和方法。光频梳可以通过光调制产生也可以通过飞秒脉冲产生。工业光频梳光谱宽度
通过光频梳技术,科学家们能够实现对光波频率的精i确控制和测量,为光学研究打开了新的大门。红外光频梳特点
光频梳对光波频率的精确控制,源于 “硬件校准 + 软件调控” 的双重保障:硬件上,它通过锁模技术固定脉冲重复频率,再结合原子钟或光学参考腔校准,将频率稳定性控制在 10^-18 量级 —— 相当于让 “频率舞者” 的每一步 “舞步”(脉冲频率)误差,比百亿年差 1 秒还小;软件上,科研人员可通过调节激光腔参数、非线性介质类型,精确微调梳齿的频率间隔与覆盖范围,实现从紫外到太赫兹频段的 “按需控频”,就像为舞者定制不同节奏的 “舞曲”。红外光频梳特点
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...