Ein optischer Frequenzkamm ist ein Spektrum, das aus einer Reihe gleichmäßig verteilter Frequenzkomponenten besteht und durch modengekoppelte Laser, Resonatoren oderelektrooptische ModulatorenOptische Frequenzkämme, die erzeugt werden durchelektrooptische ModulatorenSie weisen Merkmale wie hohe Wiederholfrequenz, interne Zwischentrocknung und hohe Leistung usw. auf, die in der Instrumentenkalibrierung, Spektroskopie oder Grundlagenphysik weit verbreitet sind und in den letzten Jahren immer mehr das Interesse von Forschern geweckt haben.
Kürzlich veröffentlichten Alexandre Parriaux und andere von der Universität Burgendi in Frankreich einen Übersichtsartikel in der Fachzeitschrift Advances in Optics and Photonics, in dem sie systematisch die neuesten Forschungsergebnisse und Anwendungen von optischen Frequenzkämmen vorstellen, die von … erzeugt werden.elektrooptische ModulationEs umfasst die Einführung des optischen Frequenzkamms, die Methode und die Eigenschaften des erzeugten optischen Frequenzkamms.elektrooptischer Modulatorund listet schließlich die Anwendungsszenarien auf.elektrooptischer ModulatorDer Autor beschreibt optische Frequenzkämme detailliert, einschließlich ihrer Anwendung in der Präzisionsspektroskopie, der Interferenz zweier optischer Frequenzkämme, der Instrumentenkalibrierung und der Erzeugung beliebiger Wellenformen, und erörtert die Prinzipien verschiedener Anwendungen. Abschließend gibt er einen Ausblick auf die Zukunft der elektrooptischen Modulator-Technologie für optische Frequenzkämme.
01 Hintergrund
Vor 60 Jahren, in diesem Monat, erfand Dr. Maiman den ersten Rubinlaser. Vier Jahre später berichteten Hargrove, Fock und Pollack von den Bell Laboratories in den USA als Erste über die aktive Modenkopplung in Helium-Neon-Lasern. Das Spektrum des modengekoppelten Lasers wird im Zeitbereich als Pulsemission dargestellt, im Frequenzbereich hingegen als eine Reihe diskreter, äquidistanter kurzer Linien, ähnlich den Frequenzkämmen, die wir im Alltag verwenden. Daher bezeichnen wir dieses Spektrum als „optischen Frequenzkamm“.
Aufgrund der vielversprechenden Anwendungsmöglichkeiten optischer Frequenzkämme wurde 2005 der Nobelpreis für Physik an Hänsch und Hall verliehen, die Pionierarbeit auf diesem Gebiet geleistet hatten. Seitdem hat die Entwicklung optischer Frequenzkämme eine neue Stufe erreicht. Da unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche Anforderungen an optische Frequenzkämme stellen, beispielsweise hinsichtlich Leistung, Linienabstand und zentraler Wellenlänge, ist es notwendig geworden, verschiedene experimentelle Verfahren zur Erzeugung optischer Frequenzkämme einzusetzen, darunter modengekoppelte Laser, Mikroresonatoren und elektrooptische Modulatoren.
Abb. 1 Zeitbereichsspektrum und Frequenzbereichsspektrum des optischen Frequenzkamms
Bildquelle: Elektrooptische Frequenzkämme
Seit der Entdeckung optischer Frequenzkämme werden die meisten optischen Frequenzkämme mithilfe von modengekoppelten Lasern erzeugt. Bei modengekoppelten Lasern wird ein Resonator mit einer Umlaufzeit τ verwendet, um die Phasenbeziehung zwischen den longitudinalen Moden festzulegen und somit die Wiederholrate des Lasers zu bestimmen, die im Allgemeinen zwischen Megahertz (MHz) und Gigahertz (GHz) liegt.
Der vom Mikroresonator erzeugte optische Frequenzkamm basiert auf nichtlinearen Effekten. Die Laufzeit wird durch die Länge des Mikroresonators bestimmt. Da die Länge des Mikroresonators üblicherweise unter 1 mm liegt, liegt der erzeugte Frequenzkamm typischerweise im Bereich von 10 Gigahertz bis 1 Terahertz. Es gibt drei gängige Arten von Mikroresonatoren: Mikrotubuli, Mikrokügelchen und Mikroringe. Durch die Nutzung nichtlinearer Effekte in optischen Fasern, wie z. B. Brillouin-Streuung oder Vierwellenmischung, in Kombination mit Mikroresonatoren lassen sich optische Frequenzkämme im Bereich von einigen zehn Nanometern erzeugen. Darüber hinaus können optische Frequenzkämme auch mithilfe bestimmter akustooptischer Modulatoren erzeugt werden.
Veröffentlichungsdatum: 18. Dezember 2023