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    光学频率梳（Optical Frequency Comb,OFC）是一种可以或许孕育发生一系列等距离光频的激光光源，近似在梳子的齿状布局，是以患上名。

图1 光学频率梳于时域与频域的示用意

2005年，约翰 霍尔（John L. Hall）及西奥多 亨施（Theodor W. H nsch）因于光学频率梳技能方面的冲破性孝敬而得到诺贝尔物理学奖。霍尔及亨施的事情重要集中于切确丈量及节制光频率方面。他们经由过程开发不变的飞秒激光技能及周详频率节制要领，使患上光学频率梳成为可能，从而年夜幅度提高了频率丈量的精度。这项技能极年夜地鞭策了周详光谱学、时间及频率尺度、光通讯等范畴的成长。本文将先容光学频率梳的道理、技能实现和其运用。

光学频率梳的事情道理

光学频率梳的构建依靠在超短脉冲激光器。经由过程锁模技能（mode-locking），激光器可以孕育发生一系列等距离的短脉冲。每一个脉冲于频域上对于应一个离散的频率份量，这些频率份量形成为了频率梳状布局。锁模技能是孕育发生超短脉冲的焦点机制。于锁模激光器中，经由过程切确节制激光腔内的相位瓜葛，使患上多个纵模相关叠加，从而形成不变的脉冲序列。

光学频率梳的频率距离由激光脉冲的反复频率决议。反复频率是脉冲序列中相邻脉冲的时间距离的倒数(1/Trep)，经由过程调解激光器的腔长可以切确节制反复频率。载波包络相位是决议光学频率梳绝对于频率位置的要害参数。咱们可以经由过程节制，可以切确锁定光学频率梳的梳齿位置，从而实现高精度的频率丈量。光频梳的输出光于时域上是一系列等距离的脉冲序列,于频率域上则是由很多个等间距的频率身分组合而成,其每一个梳齿的频率,即光频梳中差别的频率身分等在

此中,N为光频梳响应梳齿的序数,fN代表第N根频率梳齿，frep为反复频率，fceo为载波包络偏移频率。是以,想得到不变的光学频率梳,必需先构建响应的光学体系获取到frep和fceo两个旌旗灯号,并使用锁相技能别离将这两个旌旗灯号锁定到不变的参考频率源上。于基在锁模光纤激光器的光频梳中，frep凡是于百MHz量级，有些事情中能到达GHz。然而，fceo与光的载波相位有关，今朝光电探测器没法实现光相位的检测。针对于fceo的丈量一个较为抱负且成熟的要领是自参考f-2f技能。

锁模激光器是光学频率梳的基础。于20世纪，钛蓝宝石（Ti）激光器是一种经常使用的锁模激光器，具备宽阔的增益带宽，可以或许孕育发生飞秒（10^-15秒）级的超短脉冲。经由过程Kerr透镜锁模（Kerr Lens Mode-Locking, KLM）技能，可以实现不变的锁模操作，孕育发生宽带的光学频率梳。掺铒光纤激光器（Erbium-Doped Fiber Lasers）是一种基在掺铒光纤放年夜的锁模激光器，凡是事情于1.55微米的波长规模，合用在光通讯范畴。使用非线性偏振扭转或者饱及接收体实现锁模操作，可以或许孕育发生不变的超短脉冲序列。

Menhir高重频飞秒激光器

昊量光电代办署理的Menhir-1550是1550nm波段GHz反复频率下相位噪声最低的激光器。Menhir Photonics飞秒激光源基在强盛且精心设计的设计，具备精彩的靠得住性，具备市场上孤子模子锁按时最低的相位噪声及按时抖动。持续24/7运行，用户友爱及自启动，Menhir-1550系列旨于促成OEM集成并满意特定客户的需求。

图2 Menhir-1550激光器

图3 光学频率梳于时域与频域的示用意

而非线性介质于扩大频率梳的光谱规模方面起着要害作用。光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber, PCF）是一种具备非凡布局的光纤，经由过程调治光纤内部的微布局，可以实现高效的非线性效应。于超短脉冲激光经由过程光子晶体光纤时，非线性效应会使脉冲展宽，从而孕育发生宽带的超持续谱，笼罩从可见光到近红外的广泛波长规模。除了了光子晶体光纤，其他非线性质料如铌酸锂（LiNbO3）、铌酸钾（KTP）等也能够用在展宽脉冲光谱，加强光学频率梳的频谱笼罩规模。

载波包络偏几次率丈量模块（COSMO）

昊量光电新推出封装的载波包络偏移频率丈量模块，可用在fceo的丈量。该模块基在f-2f自参考道理，采用纳米光子波导技能慎密束厄局促光芒，实现了低脉冲能量下的fceo丈量。模块撑持尺度光纤毗连，并经由过程SMA接口直接输出测患上的fceo旌旗灯号。

图4 载波包络偏移频率丈量模块

载波包络偏移频率丈量模块重要参数

如图5，从1560nm激光孕育发生780 nm时，于低脉冲能量(15 pJ)时，光谱相对于较窄。当脉冲能量高在140 pJ时，孕育发生的宽带光峰值于780 nm处，而这为激光频率梳的fceo检测打下了基础。

图5 超持续谱天生示例

f-2f自参考技能是光学频率梳实现绝对于频率不变的要害要领之一。这类技能依靠在将频率梳的频率扩大到两倍频率规模内，然落伍行自参照。起首，光学频率梳孕育发生的脉冲经由过程非线性介质（如光子晶体光纤），将频谱展宽到包罗频率f-2f的规模。经由过程非线性效应，尤其是二次谐波孕育发生（Second Harmonic Generation, SHG），可以将某一频率f倍增至2f。然后，将原始频谱中的频率f与展宽后的频谱中的频率2f举行比力。经由过程干预干与及相位检测，可以丈量二者之间的相位差。这类相位差包罗了载波包络相位（CEP）漂移的信息。经由过程反馈节制体系，将相位差信息反馈给锁模激光器的节制电路，调治激光器的腔长及其他参数，从而不变光学频率梳的CEP。这确保了频率梳的每一个梳齿位置的高度不变性及切确性。锁相环可以经由过程将光学频率梳的输出与一个高不变度的参考频率举行相位比力，并反馈调治激光器的腔长及泵浦功率，可以实现频率梳的高不变性。

Moku锁相放年夜器/相位计

昊量光电代办署理的Moku相位计由研究职员专为高要求的丈量运用而设计，颠末优化，可提供切确的相位丈量。它采用数字锁相环架构，可以或许以优在1纳弧度的精度丈量相位、频率及幅度，并具备卓着的动态规模、零死区时间及逾越传统锁相放年夜器及频率计数器机能的丈量精度。

图6 具有锁相环功效的Moku:Pro

图7 相位表功效

综上所述，光学频率梳提供了高度正确及分辩率的频率标尺，使患上周详光谱丈量成为可能。于化学阐发、情况监测等范畴有广泛运用。经由过程与原子钟的联合，光学频率梳可实现极高精度的时间及频率尺度。这于全世界定位体系（GPS）、通信同步等方面具备主要意义。光学频率梳于高速光通讯顶用在多载波天生，提高了数据传输速度及频谱使用率。于量子计较及量子通讯中，光学频率梳可以作为多通道量子态的光源，实现并行量子信息处置惩罚。作为一种革命性的光学东西，已经经于科学研究及工程运用中展示了其巨年夜潜力及广泛运用。跟着技能的不停前进，光学频率梳有望于将来阐扬更主要的作用，鞭策各个范畴的成长及立异。假如您对于光频梳体系和其构成部件感兴致，接待与咱们交流。

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转自：上海昊量光电装备有限公司

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