電光頻率梳是一種能夠產(chǎn)生一系列等間隔頻率光信號(hào)的光學(xué)器件。它可以將單一頻率的輸入光(通常是激光)轉(zhuǎn)換為具有多個(gè)離散頻率成分的光輸出,這些頻率成分在頻率軸上的分布如同梳子的齒一樣均勻排列,所以被稱為“頻率梳"。從頻譜角度看,它的頻譜包含了中心頻率以及其兩側(cè)的多個(gè)等間距頻率分量,相鄰頻率分量之間的間隔(稱為“梳齒間隔")是固定的,并且可以通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)的調(diào)制參數(shù)(如調(diào)制頻率等)來(lái)控制。
電光頻梳
工作原理
通常是一束連續(xù)光首先被分成兩束,然后通過(guò)電子調(diào)制器產(chǎn)生電場(chǎng),電場(chǎng)改變每束光,將它們塑造成頻率梳的單個(gè)“齒"。每個(gè)“齒"都是一種特定顏色(頻率)的光,可被相應(yīng)的分子吸收。
關(guān)鍵部件與結(jié)構(gòu)
主要包括光源(通常是單頻激光器)、電光調(diào)制器和控制電路。
單頻激光器提供穩(wěn)定的輸入光信號(hào),其頻率穩(wěn)定性和功率穩(wěn)定性對(duì)于最終的頻率梳質(zhì)量有重要影響。電光調(diào)制器是核心部件,它的性能(如調(diào)制帶寬、調(diào)制深度、插入損耗等)決定了頻率梳的帶寬、梳齒功率等特性。控制電路用于精確控制施加在電光調(diào)制器上的電場(chǎng)的頻率、幅度和波形等參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率梳特性(如梳齒間隔、梳齒形狀等)的精細(xì)調(diào)節(jié)。
特性
- 快速的重頻調(diào)諧速度:在需要快速改變頻率的應(yīng)用場(chǎng)景中具有優(yōu)勢(shì),例如在光通信中的動(dòng)態(tài)頻率分配、快速光譜測(cè)量等方面。
- 高梳齒功率:梳齒功率較高意味著可以提供更強(qiáng)的光信號(hào),這對(duì)于需要高能量光源的應(yīng)用非常重要,如遠(yuǎn)程測(cè)距、非線性光學(xué)研究等。
- 高頻譜可重構(gòu)性:能夠靈活地調(diào)整頻譜結(jié)構(gòu),適應(yīng)不同的應(yīng)用需求,比如可以根據(jù)具體的光譜測(cè)量要求調(diào)整頻率梳的梳齒間隔、頻率范圍等。
應(yīng)用領(lǐng)域
- 光譜學(xué):用于高精度的光譜分析,能夠分辨出極細(xì)微的光譜差異,對(duì)于研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、成分以及化學(xué)反應(yīng)過(guò)程等具有重要意義。例如在化學(xué)分析、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的光譜檢測(cè)中有著廣泛應(yīng)用。
- 計(jì)量學(xué):可作為高精度的頻率標(biāo)準(zhǔn),用于校準(zhǔn)其他光學(xué)或電子儀器的頻率,對(duì)于保證測(cè)量的準(zhǔn)確性和一致性至關(guān)重要。比如在時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)的建立、長(zhǎng)度計(jì)量等方面發(fā)揮作用。
- 光通信:在光通信系統(tǒng)中,電光頻梳可以用于產(chǎn)生多個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào),實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用(WDM)技術(shù),提高通信系統(tǒng)的傳輸容量和效率。
- 距離測(cè)量:基于飛行時(shí)間法或干涉法等原理,利用電光頻梳產(chǎn)生的穩(wěn)定光脈沖序列可以實(shí)現(xiàn)高精度的距離測(cè)量,在大地測(cè)量、工程測(cè)量、空間探測(cè)等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。
- 低信噪微波信號(hào)產(chǎn)生:能夠產(chǎn)生高質(zhì)量的微波信號(hào),并且具有較低的相位噪聲,可用于雷達(dá)、電子對(duì)抗、無(wú)線通信等對(duì)微波信號(hào)質(zhì)量要求較高的領(lǐng)域。
產(chǎn)品說(shuō)明
電光頻率梳 用于生成重復(fù)頻率在5至30 GHz 之間的飛秒頻率梳。 電光頻梳專注于構(gòu)建具有超低相位噪聲、倍頻程帶寬和飛秒脈沖持續(xù)時(shí)間的電光梳。應(yīng)用包括光譜儀校準(zhǔn)和雙梳光譜。
產(chǎn)品特點(diǎn):
· 具有均勻分布的光學(xué)頻率的光譜
· 大帶寬上的光譜相干性
· 5 ~ 30 GHz之間的重復(fù)頻率
· 光輸出功率高達(dá)5 W
· 脈沖持續(xù)時(shí)間短至 20 fs
產(chǎn)品參數(shù):
參數(shù) | 基礎(chǔ)款 | 擴(kuò)充款 |
重復(fù)頻率 | 5 to 30 GHz | 5 to 30 GHz |
重復(fù)率調(diào)諧范圍 | 1+ GHz | 5 MHz (typical) |
中心波長(zhǎng) | 1550 nm | 1550 nm |
輸出功率 | Up to 5 Watts | Up to 5 Watts |
脈沖時(shí)間 | 0.8 to 1.5 ps | 短至 20 fs |
尺寸 | 0.65 x 0.4 x 0.16 m (3U rack-mount) | 0.5 x 0.5 x 0.2 m table-top unit
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圖中EO基礎(chǔ)梳的頻譜,可見(jiàn)10GHz梳齒。(右)綠色和藍(lán)色的線顯示了在納米光子波導(dǎo)中展寬后的EO梳狀譜。