光学频率梳(Optical frequency comb)是一种特殊的激光光源。与普通激光的单频或窄带频谱不同,它的频谱由一系列等间隔的离散频率点组成,形似梳子,故得名 “频梳”;在时间域上,它表现为重复周期稳定的超短脉冲序列,脉冲宽度可低至飞秒级(1 飞秒 = 10^-15 秒)。这种特殊性源于锁模技术 —— 通过在激光谐振腔内引入调制,迫使不同频率的激光模式形成固定相位关系,从而输出相干的脉冲序列。其特性包括宽频谱覆盖(可从紫外延伸至中红外)、频率间隔恒定(由脉冲重复频率决定)、全频谱相干性,这使其成为连接微波频率(电子学)与光学频率(光子学)的 “桥梁”,为跨波段精密测量奠定基础,也是量子信息、光通信等领域的关键光源。光频梳是怎么测频率的?广东光频梳组成
光频梳技术是光钟发展的关键支撑。光钟作为下一代高精度时间频率基准,对时间测量精度要求极高。光频梳能将微波频标与光频直接连接,实现从兆赫兹到太赫兹的直接频率传递。在光钟系统中,光频梳可作为高精度频率参考,对原子跃迁频率进行精确锁定和测量。通过精确控制光频梳的重复频率和载波包络相位,极大降低光钟的频率不确定性,使原子钟精度得到数量级提升。这一提升意义重大,在全球卫星导航系统中,时间基准可提高定位精度;在基础物理研究中,有助于验证更精确的物理理论,推动科学技术向更高精尖方向发展 。广东光纤光频梳研究光频梳是一种先进的科学仪器,它在光学和光谱学领域具有重要的应用价值。
在光学频率测量领域,光频梳占据着无可替代的地位。传统测量方法在面对高精度、宽频带测量需求时往往力不从心,光频梳却能轻松应对。它提供了一系列均匀间隔且相位相干稳定的频率分量,如同精确的频率标尺。可直接用于测量连续激光器频率,还能对复杂光谱进行精细分析。在光通信领域,需对大量光信号频率精确校准,光频梳能快速准确完成任务,保障通信系统稳定运行;在激光频率计量中,作为标准频率参考,为其他测量设备校准提供依据。其重要性体现在推动光学频率测量技术不断进步,满足现代科技对高精度频率测量的迫切需求 。
光频梳作为高分辨率的光谱工具,为分子光谱的研究提供了强大的支持。分子光谱是捕捉分子能级跃迁产生的特征频率,而分子的转动、振动能级差异往往只为千赫兹至兆赫兹量级,传统光谱仪难以分辨。光频梳的频率分辨率可达 10^-9,能清晰区分同位素分子(如 12CO 和 13CO)的细微频移,甚至捕捉到分子与环境相互作用的瞬时变化。在环境科学中,它可检测 ppb 级(十亿分之一)的温室气体(如甲烷、一氧化二氮),助力气候变化研究;在生物医学领域,能通过分析生物分子(如 DNA、蛋白质)的振动光谱,识别其结构异常,为疾病早期诊断提供依据;在天体物理中,结合望远镜可解析遥远恒星大气中分子的组成,探索行星宜居性。光频梳被发明起初,主要用于光学频率的测量和不同频率光学基准的比较。
光频梳是一种能够产生一系列具有精确延迟脉冲的激光器。其工作原理基于锁模技术,通过巧妙调控激光腔内的增益与损耗,让激光以极短脉冲的形式输出。这些脉冲在时间域上呈现出等间隔分布,犹如一把细密梳子的齿。在频域中,对应的频率梳状结构具有极高的频率精度和稳定性。每个梳齿的频率间隔精确可控,这种独特性质使得光频梳在众多领域展现出巨大潜力。在精密光谱测量中,它可作为超高精度的频率标尺,分辨原子、分子光谱的细微特征;在光通信领域,有助于实现超高速、大容量的数据传输,大幅提升通信效率,为现代科技发展注入强大动力 。我们的飞秒光纤光频梳,就一个字“稳”!广东光纤光频梳研究
光频梳可以通过光调制产生也可以通过飞秒脉冲产生。广东光频梳组成
在神秘的量子信息领域,光频梳扮演着关键角色。光子纠缠是量子信息处理的资源,光频梳可产生具有特定频率和相位关系的光子对,为实现光子纠缠创造条件。通过精确调控光频梳参数,科研人员能使不同光子间建立起奇妙的量子关联,形成纠缠态。在量子态制备方面,光频梳同样发挥重要作用,其稳定且精确的频率特性,可作为频率参考,帮助制备特定量子态,如量子比特。这些量子态是构建量子计算机、实现量子通信的基石,光频梳为量子信息领域发展注入强大动力,助力科学家不断突破,向实现实用化量子技术目标迈进 。广东光频梳组成
若将光的频率世界比作舞台,光频梳便是极具韵律感的 “舞者”:时域上,它以飞秒级超短脉冲为 “舞步”,每一步的延迟精确到可与原子振动同步;频域上,等间隔排列的频率分量如同 “舞裙的褶皱”,均匀铺展在紫外至红外的广阔频段,每道 “褶皱” 都是一个稳定的频率基准。这种 “舞姿” 的精确,源于锁模技术对光场相位的严格调控,再结合原子钟校准后,频率稳定性可达 10^-18 量级 —— 相当于百亿年误差不超 1 秒,为科研测量搭建了 “超准确标尺”。它正不断揭秘测量领域的 “新奥秘”:在光学计量中,传统技术难以衔接微波与光频,而光频梳如同 “频率桥梁”,让微波钟的精度直接传递到光频领域,重新定义了长度、时...