Ein optischer Frequenzkamm ist ein Spektrum, das aus einer Reihe gleichmäßig verteilter Frequenzkomponenten im Spektrum besteht, die durch modengekoppelte Laser, Resonatoren oderelektrooptische ModulatorenOptische Frequenzkämme erzeugt durchelektrooptische Modulatorenverfügen über die Eigenschaften einer hohen Wiederholungsfrequenz, einer internen Zwischentrocknung und einer hohen Leistung usw., die häufig bei der Instrumentenkalibrierung, der Spektroskopie oder der Grundlagenphysik verwendet werden und in den letzten Jahren das Interesse immer mehr Forscher geweckt haben.
Kürzlich veröffentlichten Alexandre Parriaux und andere von der Universität Burgendi in Frankreich einen Übersichtsartikel in der Zeitschrift Advances in Optics and Photonics, in dem sie systematisch die neuesten Forschungsfortschritte und Anwendungen optischer Frequenzkämme vorstellten, die vonelektrooptische Modulation: Es umfasst die Einführung des optischen Frequenzkamms, die Methode und die Eigenschaften des optischen Frequenzkamms, der erzeugt wird durchelektrooptischer Modulatorund zählt schließlich die Anwendungsszenarien vonelektrooptischer ModulatorOptische Frequenzkämme werden detailliert beschrieben, einschließlich der Anwendung von Präzisionsspektrum, doppelter optischer Kamminterferenz, Instrumentenkalibrierung und der Erzeugung beliebiger Wellenformen. Außerdem werden die Prinzipien hinter verschiedenen Anwendungen erläutert. Abschließend gibt der Autor einen Ausblick auf die Technologie optischer Frequenzkämme mit elektrooptischen Modulatoren.
01 Hintergrund
In diesem Monat vor 60 Jahren erfand Dr. Maiman den ersten Rubinlaser. Vier Jahre später berichteten Hargrove, Fock und Pollack von den Bell Laboratories in den USA erstmals über die aktive Modenkopplung, die in Helium-Neon-Lasern erreicht wurde. Das modengekoppelte Laserspektrum wird im Zeitbereich als Impulsemission dargestellt, im Frequenzbereich hingegen als eine Reihe diskreter und äquidistanter kurzer Linien, sehr ähnlich unseren alltäglichen Kämmen. Daher wird dieses Spektrum als „optischer Frequenzkamm“ bezeichnet.
Aufgrund der guten Anwendungsaussichten optischer Kämme wurde Hansch und Hall 2005 für ihre Pionierarbeit in der optischen Kammtechnologie der Nobelpreis für Physik verliehen. Seitdem hat die Entwicklung optischer Kämme ein neues Stadium erreicht. Da unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche Anforderungen an optische Kämme stellen, wie Leistung, Linienabstand und zentrale Wellenlänge, müssen unterschiedliche experimentelle Mittel zur Erzeugung optischer Kämme eingesetzt werden, wie beispielsweise modengekoppelte Laser, Mikroresonatoren und elektrooptische Modulatoren.
Abb. 1 Zeitbereichsspektrum und Frequenzbereichsspektrum des optischen Frequenzkamms
Bildquelle: Elektrooptische Frequenzkämme
Seit der Entdeckung optischer Frequenzkämme wurden die meisten optischen Frequenzkämme mit modengekoppelten Lasern hergestellt. Bei modengekoppelten Lasern wird ein Resonator mit einer Umlaufzeit von τ verwendet, um die Phasenbeziehung zwischen den longitudinalen Moden zu fixieren und so die Wiederholungsrate des Lasers zu bestimmen, die im Allgemeinen zwischen Megahertz (MHz) und Gigahertz (GHz) liegen kann.
Der vom Mikroresonator erzeugte optische Frequenzkamm basiert auf nichtlinearen Effekten. Die Umlaufzeit wird durch die Länge der Mikrokavität bestimmt. Da die Länge der Mikrokavität in der Regel weniger als 1 mm beträgt, liegt der von der Mikrokavität erzeugte optische Frequenzkamm in der Regel zwischen 10 Gigahertz und 1 Terahertz. Es gibt drei gängige Arten von Mikrokavitäten: Mikrotubuli, Mikrokugeln und Mikroringe. Durch die Nutzung nichtlinearer Effekte in optischen Fasern, wie Brillouin-Streuung oder Vierwellenmischung, in Kombination mit Mikrokavitäten können optische Frequenzkämme im Zehn-Nanometer-Bereich erzeugt werden. Darüber hinaus können optische Frequenzkämme auch durch den Einsatz einiger akustooptischer Modulatoren erzeugt werden.
Veröffentlichungszeit: 18. Dezember 2023