光學(xué)頻率梳的工作原理

光學(xué)頻率梳是一種特殊的激光器，就像一把光的尺子。它們能快速準(zhǔn)確地測量光的精確頻率，從不可見的紅外光和紫外光到可見的紅光、黃光、綠光和藍(lán)光。

這些獲得諾貝爾獎(jiǎng)的設(shè)備填補(bǔ)了一項(xiàng)重要的技術(shù)空白。光學(xué)頻率梳使科學(xué)家能夠像測量無線電波一樣測量和控制光波。有了光頻梳，時(shí)鐘、計(jì)算機(jī)和通信等采用無線電和微波頻率的技術(shù)現(xiàn)在可以與振蕩頻率高出 10000 倍的光波無縫連接。

20 世紀(jì) 90 年代末，NIST 的科學(xué)家們開始研究更好的光學(xué)原子鐘，光頻梳就是其中的一部分。如今，NIST 的科學(xué)家已經(jīng)站在了推動(dòng)這些工具發(fā)展的最前沿，他們發(fā)現(xiàn)這些工具的用途已經(jīng)不僅僅局限于計(jì)時(shí)。

通過簡單的測量，光頻梳改變了科學(xué)。那么，梳子能做什么呢?很多，而且可能性還在不斷擴(kuò)大。

頻率梳的工作原理

頻率梳通過測量一列連續(xù)光脈沖的重復(fù)率來測量未知的光學(xué)頻率--這屬于較大的、易于測量的無線電頻率范圍。

光包含多種顏色，它們以波浪的形式傳播。從不可見的紅外光和紫外光到紅色、藍(lán)色或黃色的可見光，每種顏色的光都有相應(yīng)的頻率，或者說每秒鐘經(jīng)過一個(gè)固定點(diǎn)的波峰數(shù)。

無線電波和微波也以光速傳播，但它們的波峰相距更遠(yuǎn)，因此現(xiàn)代電子設(shè)備可以輕松地對它們進(jìn)行計(jì)數(shù)和跟蹤。

光學(xué)頻率梳會(huì)發(fā)出一連串非常短暫、間隔很近的光脈沖，其中包含一百萬種不同的顏色，從不透光的紅外光到可見光，直至紫外光譜。

由于采用了一種名為鎖模的技術(shù)，每個(gè)脈沖中的所有頻率都是相位啟動(dòng)，彼此同步。結(jié)果就像梳子的齒，將每個(gè)頻率分離成一個(gè)明顯的尖峰--這也是該設(shè)備名稱的由來。這些梳齒的間距非常細(xì)，而且完全均勻，它們就像尺子上的刻度，可以極其精確地測量恒星、原子、其他激光器等發(fā)出的光。

審核編輯 黃宇