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。光频梳的生成和应用需要高精度的光学元件和先进的激光技术作为支撑。光纤超快光频梳技术
这种 “高精度” 使其成为跨领域革新工具:计量领域,它替代传统微波频标,实现光学频率的直接精确传递;光谱分析中,其宽频段(可覆盖紫外至红外)、高分辨率特性,能快速捕获分子 “指纹”,应用于环境污染物检测、生物组织病理诊断;光通信领域,它支持密集波分复用,单梳可承载数十上百个信道,大幅提升传输容量;在量子计算、引力波探测等前沿研究中,它也为量子比特操控、微弱信号捕获提供了支撑。2005 年诺贝尔物理学奖授予光频梳相关研究,正是对其科学价值与产业潜力的高度肯定。光频梳重复频率光频梳是在频域的等间隔的分立光谱,像梳子一样,所以叫光频梳。
在精密光谱学领域,光频梳能够精确测量原子、分子的光谱特征,帮助科学家深入了解物质的微观结构与相互作用。例如,在研究大气中痕量气体成分时,通过光频梳技术,可实现对气体分子吸收光谱的超高分辨率测量,识别出极其微量的有害气体,助力环境监测与保护。在天文学中,利用光频梳校准天文望远镜的光谱仪,能够更准确地测量天体的光谱红移,为探索宇宙的演化和结构提供关键数据。在光学测距方面,光频梳的应用使得测量精度达到了前所未有的高度,无论是微小物体的尺寸测量,还是远距离的空间测距,都能轻松应对,为航空航天、工业制造等众多领域的发展提供了坚实支撑。
光频梳的出现,为光学测量翻开了崭新的篇章。它在基础科研中发挥着关键作用,在原子钟的研究中,光频梳用于精确比对原子的能级跃迁频率,使得原子钟的精度不断提高,为全球卫星导航系统提供了更精i准的时间基准。在生物医学领域,光频梳光谱技术可用于生物分子的检测和分析,实现对疾病的早期诊断。同时,它还开启了众多科研新领域的探索,如量子光学、光通信网络性能优化等。光频梳以其良好的性能,为科研人员提供了探索未知的有力武器,推动着科学研究不断向前发展。光频梳的精i确度和稳定性使其成为光学计量和校准领域的理想工具。
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。光频梳是一种能够产生一系列具有精确延迟脉冲的激光器。东莞异步采样光频梳研发
光频梳技术:精i准测量领域的璀璨明星。光纤超快光频梳技术
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 。光纤超快光频梳技术