光學頻率測量的挑戰在于:一是寬頻段測量難(從紫外到太赫茲的光頻范圍跨度極大,傳統儀器難以全覆蓋);二是基準銜接難(光頻遠高于成熟的微波頻標,無法直接校準);三是精度控制難(微小的頻率漂移會導致測量誤差累積),而光頻梳恰好從這三方面提供了突破性解決方案。它首先是 “寬頻段通用標尺”:光頻梳的等間隔梳齒可覆蓋紫外、可見、紅外乃至太赫茲頻段,如同一把能適配不同 “刻度需求” 的尺子 —— 無論是測量半導體激光的近紅外頻率,還是分子光譜的紫外特征頻率,無需更換測量設備,只需通過梳齒與目標光頻的比對,即可直接讀取頻率值,解決了傳統測量儀器 “頻段碎片化” 的局限,讓跨頻段光頻測量變得高效統一。隨著光頻梳技術的不斷發展和成熟,它將在生物醫學、環境監測、材料科學等領域發揮更大的作用。中紅外光頻梳
光頻梳的產生方式主要有光調制與飛秒脈沖兩種。光調制產生光頻梳,是利用特定的調制技術,對連續激光進行調制。比如采用電光調制器或聲光調制器,在激光中引入周期性的頻率調制,使激光光譜在頻域上分裂為一系列等間隔的頻率分量,從而形成光頻梳。這種方式產生的光頻梳,在通信領域應用很多,可用于密集波分復用系統,增加通信容量。而飛秒脈沖產生光頻梳,則基于飛秒激光器。飛秒激光器輸出的超短脈沖,在時域上具有極短的持續時間,根據傅里葉變換,其在頻域會展寬為一個寬帶光譜。當滿足特定條件,如在鎖模機制作用下,這些寬帶光譜中的頻率分量會形成穩定的等間隔分布,進而產生光頻梳。該方式產生的光頻梳,在精密光譜學、光鐘等對脈沖特性要求較高的領域表現出色 。東莞光頻梳技術未來,隨著光頻梳技術的發展,雙光梳將成為一種便捷的光學測量工具。
光鐘是依托原子(如鍶、鐿原子)的光學躍遷頻率 —— 這類躍遷頻率遠高于傳統微波原子鐘的微波躍遷頻率,理論精度潛力提升 3 個量級以上,但需解決 “高頻信號難以測量與鎖定” 的關鍵難題,而光頻梳正是解決這一困境的工具。它為光鐘實現提供雙重關鍵支持:一方面是 “頻率銜接”,光鐘的原子光學躍遷頻率(通常在 10^15 Hz 量級)無法直接與微波頻標(10^9 Hz 量級)比對,光頻梳如同 “紐帶”,其等間隔梳齒可同時覆蓋光學頻段與微波頻段,將光鐘的高頻光學信號 “降頻” 為可與微波頻標校準的信號,實現光鐘頻率的溯源;另一方面是 “頻率鎖定”,科研人員通過將光頻梳的梳齒頻率鎖定到光鐘的原子光學躍遷線上,讓光頻梳成為 “穩定中介”,反過來控制激光的頻率穩定性,使驅動光鐘的激光頻率緊緊跟隨原子躍遷頻率,避免外界干擾導致的頻率漂移。
展望未來,隨著光頻梳技術持續進步,雙光梳技術有望成為極為便捷的光學測量工具。雙光梳系統由兩個具有特定頻率差異的光頻梳組成。在測量時,兩束光頻梳產生的光脈沖相互干涉,通過分析干涉信號,能夠獲取豐富的測量信息。相較于傳統單光梳測量,雙光梳測量具有更高的測量速度與精度。例如在光譜測量中,雙光梳可在極短時間內完成對寬光譜范圍的高精度測量,提高了測量效率。在距離測量方面,雙光梳能夠實現更遠距離、更高精度的測量,且對環境干擾的抵抗能力更強。隨著相關技術的不斷優化,如降低光頻梳的噪聲、提高雙光梳頻率穩定性等,雙光梳將在工業檢測、天文觀測、生物醫學等眾多領域得到廣泛應用,為光學測量帶來全新的便捷體驗 。廣東朗研科技:光頻梳的作用。
在神秘的量子信息領域,光頻梳扮演著關鍵角色。光子糾纏是量子信息處理的資源,光頻梳可產生具有特定頻率和相位關系的光子對,為實現光子糾纏創造條件。通過精確調控光頻梳參數,科研人員能使不同光子間建立起奇妙的量子關聯,形成糾纏態。在量子態制備方面,光頻梳同樣發揮重要作用,其穩定且精確的頻率特性,可作為頻率參考,幫助制備特定量子態,如量子比特。這些量子態是構建量子計算機、實現量子通信的基石,光頻梳為量子信息領域發展注入強大動力,助力科學家不斷突破,向實現實用化量子技術目標邁進 。光頻梳可通過吸收光的頻率來識別原子和分子,這為快速、高效地研究各種分子和原子的數量和特性提供了可能。異步采樣飛秒光頻梳測試
通過光頻梳技術,科學家們能夠實現對光波頻率的精i確控制和測量,為光學研究打開了新的大門。中紅外光頻梳
過去 20 多年間,光頻梳技術經歷了從萌芽到蓬勃發展的歷程,逐步從計量實驗室的精密儀器走向更廣闊的應用天地。光頻梳主要在計量實驗室中用于高精度的時間頻率計量,作為一種驗證科學理論、提升計量精度的前沿技術而存在。隨著研究的深入與技術的成熟,其應用領域不斷拓展。在通信行業,光頻梳用于提升光纖通信的容量與穩定性,助力構建更高效的信息高速公路。在科研領域,光頻梳在天文學中用于系外行星探測,通過精確分析恒星光譜變化尋找行星蹤跡;在化學、生物學領域,用于分子結構分析、生物分子檢測等。在工業生產中,光頻梳也應用于精密制造的測量與校準環節。如今,光頻梳已融入眾多行業,持續為各領域發展注入新動力,其應用邊界仍在不斷拓展 。中紅外光頻梳