传统光学测量中,微波频标与光频间存在 “测量鸿沟”,需通过复杂换算间接获取光频数据,误差易累积;而光频梳如同 “频率桥梁”,其梳齿可直接衔接微波频段与光频段,让科研人员像用尺子量长度般,直接读取光波的精确频率值。这为光学研究打开多扇新大门:在基础光学领域,它助力科学家重新定义 “秒”(基于光学频率标准)与 “米”(基于光的波长),让基本物理单位的精度提升两个量级;在分子光学研究中,精确的频率控制能让激光 “瞄准” 特定分子能级,捕捉到分子振动、转动的瞬态过程,比如解析光合作用中光能转化的微观机制;在量子光学领域,通过调控光频梳的梳齿相位,可实现量子比特的耦合,为量子纠缠态的稳定观测、量子通信的抗干扰传输提供重要支撑,让原本停留在理论层面的量子光学实验,逐步走向实际应用。光频梳作为一种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。光纤光频梳输出波长
光钟是依托原子(如锶、镱原子)的光学跃迁频率 —— 这类跃迁频率远高于传统微波原子钟的微波跃迁频率,理论精度潜力提升 3 个量级以上,但需解决 “高频信号难以测量与锁定” 的关键难题,而光频梳正是解决这一困境的工具。它为光钟实现提供双重关键支持:一方面是 “频率衔接”,光钟的原子光学跃迁频率(通常在 10^15 Hz 量级)无法直接与微波频标(10^9 Hz 量级)比对,光频梳如同 “纽带”,其等间隔梳齿可同时覆盖光学频段与微波频段,将光钟的高频光学信号 “降频” 为可与微波频标校准的信号,实现光钟频率的溯源;另一方面是 “频率锁定”,科研人员通过将光频梳的梳齿频率锁定到光钟的原子光学跃迁线上,让光频梳成为 “稳定中介”,反过来控制激光的频率稳定性,使驱动光钟的激光频率紧紧跟随原子跃迁频率,避免外界干扰导致的频率漂移。光纤光频梳输出波长光频梳的产生主要有哪几种方式?
光频梳是一种特殊的激光器技术,能够产生一系列具有精确延迟脉冲的光波。这一技术的重点在于其产生的光脉冲序列拥有极高的频率稳定性和精确度。每一个脉冲都像是时间的一个标记点,这些标记点之间的间隔非常精确且稳定。这种激光器的特点在于其可以产生大量的光谱线,这些光谱线形成一个非常清晰的频率阵列,就像一个梳子一样。因此得名光频梳。光频梳技术在实际应用中有着广泛的应用前景。例如在通信领域,光频梳可以提供高精度的时间基准,以提高通信系统的传输速度和稳定性。在计量学领域,光频梳也可以作为高精度频率测量和校准的工具。此外,在光学研究、光谱分析和光学频率合成等方面,光频梳也有着重要的应用价值。
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。未来,光频梳的发展方向主要包括两个方面。
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 。精i准测量新时代:光频梳技术领引科研领域新突破。光频梳光频梳光源
光频梳技术:精i准测量领域的璀璨明星。光纤光频梳输出波长
光频梳正带领光学技术迈向新高度,成为科研创新的强大助推器。在光学原子钟里,它是不可或缺的伙伴。光学原子钟作为高精度时间频率计量工具,光频梳能助其实现更高频率和时间分辨率,通过对比、同步不同地区光学时钟,构建全球光学时钟网络,为科研提供时间参考。在光谱学研究中,它更是一把利刃,用于气体探测、分子光谱校正,挖掘物质深层次结构与性质。科研人员基于双光梳系统,取得诸多光谱学研究突破。它还在测距领域大显身手,分辨率远超传统光源,为工程建设、地理测量等提供有力支撑,推动多学科科研创新发展 。光纤光频梳输出波长
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...