四波混频则是光频梳 “拓宽舞台” 的核i心:它让不同频率的光子在非线性介质中相互作用,通过能量交换生成新的频率分量 —— 例如两个高频光子与一个低频光子相互作用,可产生一个更低频的光子,反之亦然。这如同舞者在舞台上拓展动作范围,让原本局限于某一频段的 “梳齿”,向紫外、红外等方向延伸,形成覆盖宽频段的完整频率梳,且新生成的梳齿与原有梳齿保持严格的频率间隔,确保了光频梳的准确性。正是这两种非线性效应的协同作用,让光频梳既能拥有稳定的 “舞步”(脉冲序列),又能拓展 “舞台”(宽频段梳齿),为后续科研测量的高精度应用提供了物理基础。光频梳的生成涉及到非线性光学中的许多重要概念,如相位匹配、色散补偿和模式锁定等。脉冲光频梳光源
光频梳的命名源于其独特外观。从频域视角看,它呈现为一系列等间隔的分立光谱,恰似日常生活中的梳子齿。这些梳齿般的光谱,间隔由锁模激光重复频率决定,位置由载波包络相位等因素固定。形成过程涉及复杂物理机制,如基于锁模激光器,通过锁定激光器内所有振荡纵模相位,产生周期性超短脉冲,经傅里叶变换得到光频梳光谱。这种特殊光谱结构,为其在光学测量、光谱分析、频率标准等众多领域应用奠定基础,形象的名字也让人们更易理解和记住这一重要光学技术 。东莞紫外光频梳参数光频梳还在光通信和光网络领域具有重要意义。
光的频率舞者:光频梳技术领引光学测量新潮流。若将光学测量比作一场精密的舞蹈,光频梳便是那位掌控节奏的舞者。它以飞秒脉冲为舞步,在频率舞台上跳出等间隔的轨迹,颠覆了传统测量的局限。传统光学测量如单频激光,恰似独舞,难以覆盖宽频谱;而光频梳的多频协同,如群舞般兼顾广度与精度。在工业检测中,它 “舞动” 的频谱能同时分析多种物质成分,效率提升百倍;在遥感领域,其脉冲 “舞步” 穿透大气干扰,让地表污染物的检测更快速准确。如今,从芯片制造的纳米级校准到深空探测的光谱分析,光频梳正以灵动的 “舞姿” 重构光学测量范式,推动行业向更高分辨率、更宽频段、更实时化的方向革新。
光频梳的产生主要有以下几种方式:基于光学参量振荡器的产生方式。这种方式通过非线性光学介质中的光学参量过程产生频率梳状光谱。这种方法的优点是可以产生宽频带的频率梳,覆盖可见光到近红外等多个波段。此外,基于光学参量振荡器的光频梳还可以通过调节泵浦光的参数,实现频率的灵活调节。基于调制技术的产生方式。这种方式通过在激光器中加入调制器,对激光进行调制,从而生成频率梳状光谱。这种方法的优点是可以实现高速、高精度的频率梳产生,并且可以通过改变调制参数实现灵活调节。此外,基于调制技术的光频梳还可以与其他光学器件集成,实现紧凑的光学系统。随着光频梳技术的不断完善和发展,我们有理由相信它将在未来光学研究和应用中发挥更加重要的作用。
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 。光频梳的原理和发展历程。紫外光频梳发展
光的精i准测量师:光频梳技术助力科研发展。脉冲光频梳光源
光频梳自 21 世纪初诞生以来迅速引起了极大关注。这源于其独特且优越的性能。在诞生之前,光学频率测量面临诸多难题,精度难以满足日益增长的科研与技术需求。光频梳的出现犹如一道曙光,它凭借稳定且精确的频率梳状结构,为光学频率测量开辟了全新路径。科研人员可以借助光频梳,深入研究原子、分子的精细能级结构,这对于理解物质的基本性质至关重要。在物理学前沿研究中,如检验爱因斯坦相对论的实验里,光频梳提供了高精度的频率参考,为验证理论的正确性发挥关键作用。因其巨大的科学价值和应用潜力,吸引了全球众多科研团队投身相关研究,推动光频梳技术不断向前发展,在短短时间内取得了一系列令人瞩目的成果 。脉冲光频梳光源
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...