廣東異步采樣光頻梳原理

光頻梳技術(shù)是光鐘發(fā)展的關(guān)鍵支撐。光鐘作為下一代高精度時(shí)間頻率基準(zhǔn)，對(duì)時(shí)間測(cè)量精度要求極高。光頻梳能將微波頻標(biāo)與光頻直接連接，實(shí)現(xiàn)從兆赫茲到太赫茲的直接頻率傳遞。在光鐘系統(tǒng)中，光頻梳可作為高精度頻率參考，對(duì)原子躍遷頻率進(jìn)行精確鎖定和測(cè)量。通過(guò)精確控制光頻梳的重復(fù)頻率和載波包絡(luò)相位，極大降低光鐘的頻率不確定性，使原子鐘精度得到數(shù)量級(jí)提升。這一提升意義重大，在全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，時(shí)間基準(zhǔn)可提高定位精度；在基礎(chǔ)物理研究中，有助于驗(yàn)證更精確的物理理論，推動(dòng)科學(xué)技術(shù)向更高精尖方向發(fā)展 。光頻梳的生成和應(yīng)用需要高精度的光學(xué)元件和先進(jìn)的激光技術(shù)作為支撐。廣東異步采樣光頻梳原理

光頻梳的命名源于其獨(dú)特外觀。從頻域視角看，它呈現(xiàn)為一系列等間隔的分立光譜，恰似日常生活中的梳子齒。這些梳齒般的光譜，間隔由鎖模激光重復(fù)頻率決定，位置由載波包絡(luò)相位等因素固定。形成過(guò)程涉及復(fù)雜物理機(jī)制，如基于鎖模激光器，通過(guò)鎖定激光器內(nèi)所有振蕩縱模相位，產(chǎn)生周期性超短脈沖，經(jīng)傅里葉變換得到光頻梳光譜。這種特殊光譜結(jié)構(gòu)，為其在光學(xué)測(cè)量、光譜分析、頻率標(biāo)準(zhǔn)等眾多領(lǐng)域應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，形象的名字也讓人們更易理解和記住這一重要光學(xué)技術(shù) 。光纖光頻梳輸出方式自20世紀(jì)末以來(lái)，光學(xué)頻率梳技術(shù)的發(fā)展和其廣闊應(yīng)用已經(jīng)徹底改變了物理學(xué)的許多領(lǐng)域。

在精密光譜學(xué)領(lǐng)域，光頻梳能夠精確測(cè)量原子、分子的光譜特征，幫助科學(xué)家深入了解物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與相互作用。例如，在研究大氣中痕量氣體成分時(shí)，通過(guò)光頻梳技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體分子吸收光譜的超高分辨率測(cè)量，識(shí)別出極其微量的有害氣體，助力環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)。在天文學(xué)中，利用光頻梳校準(zhǔn)天文望遠(yuǎn)鏡的光譜儀，能夠更準(zhǔn)確地測(cè)量天體的光譜紅移，為探索宇宙的演化和結(jié)構(gòu)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。在光學(xué)測(cè)距方面，光頻梳的應(yīng)用使得測(cè)量精度達(dá)到了前所未有的高度，無(wú)論是微小物體的尺寸測(cè)量，還是遠(yuǎn)距離的空間測(cè)距，都能輕松應(yīng)對(duì)，為航空航天、工業(yè)制造等眾多領(lǐng)域的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)支撐。

光頻梳作為高分辨率的光譜工具，為分子光譜的研究提供了強(qiáng)大的支持。分子光譜是捕捉分子能級(jí)躍遷產(chǎn)生的特征頻率，而分子的轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)能級(jí)差異往往只為千赫茲至兆赫茲量級(jí)，傳統(tǒng)光譜儀難以分辨。光頻梳的頻率分辨率可達(dá) 10^-9，能清晰區(qū)分同位素分子（如 12CO 和 13CO）的細(xì)微頻移，甚至捕捉到分子與環(huán)境相互作用的瞬時(shí)變化。在環(huán)境科學(xué)中，它可檢測(cè) ppb 級(jí)（十億分之一）的溫室氣體（如甲烷、一氧化二氮），助力氣候變化研究；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，能通過(guò)分析生物分子（如 DNA、蛋白質(zhì)）的振動(dòng)光譜，識(shí)別其結(jié)構(gòu)異常，為疾病早期診斷提供依據(jù)；在天體物理中，結(jié)合望遠(yuǎn)鏡可解析遙遠(yuǎn)恒星大氣中分子的組成，探索行星宜居性。光頻梳的發(fā)明和發(fā)展為科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新提供了強(qiáng)大的工具和平臺(tái)。

從頻域視角來(lái)看，光頻梳呈現(xiàn)出獨(dú)特的等間隔分立光譜結(jié)構(gòu)。當(dāng)對(duì)其進(jìn)行光譜分析時(shí)，可清晰觀察到一系列離散的頻率峰，這些頻率峰均勻分布在頻域中，彼此間隔相等，恰似一把梳子的齒均勻排列。這種特殊結(jié)構(gòu)源于其產(chǎn)生原理，無(wú)論是光調(diào)制還是飛秒脈沖產(chǎn)生過(guò)程，都能促使激光光譜在頻域按特定規(guī)律分裂與分布。這一特性賦予光頻梳諸多實(shí)用價(jià)值，它為復(fù)雜的光學(xué)頻率測(cè)量提供了清晰的標(biāo)尺。在對(duì)未知光譜進(jìn)行分析時(shí)，通過(guò)與光頻梳的頻率峰對(duì)比，能夠快速、準(zhǔn)確地確定未知光譜的頻率位置與特性，極大簡(jiǎn)化了光學(xué)頻率相關(guān)的研究與應(yīng)用工作 。光頻梳：解鎖光學(xué)測(cè)量新境界，探索未知世界。廣東異步采樣光頻梳原理

光頻梳的生成依賴于非線性光學(xué)效應(yīng)，如調(diào)制不穩(wěn)定性和四波混頻等過(guò)程。廣東異步采樣光頻梳原理

光頻梳為光學(xué)測(cè)量翻開嶄新篇章，開辟出諸多科研新領(lǐng)域?；谖⒅C振腔和半導(dǎo)體激光器技術(shù)等實(shí)現(xiàn)的小型化、芯片級(jí)光學(xué)頻率梳，雖面臨挑戰(zhàn)，但前景廣闊。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用光頻梳的高分辨率光譜特性，可對(duì)生物分子進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，助力疾病早期診斷；在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，能夠精確分析大氣成分，監(jiān)測(cè)污染物。在量子光學(xué)領(lǐng)域，為量子態(tài)操控提供新手段。它突破傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)量限制，吸引眾多科研人員投身相關(guān)研究，不斷拓展其應(yīng)用邊界，挖掘更多潛在價(jià)值，推動(dòng)光學(xué)測(cè)量與多學(xué)科深度融合 。廣東異步采樣光頻梳原理