Оптическая частотная гребёнка

Файл:FrequencyComb-CEOphase.svg

Спектр оптической частотной гребёнки состоит из дискретных, строго периодических линий (отмечены цветом), являющихся «зубьями» гребёнки. Соседние зубья отстоят друг от друга в частотной области на величину, называемую частотой репетиции $f_{\mathrm {rep} },$ а весь спектр гребёнки сдвинут относительно нуля на частоту сдвига $f_{\mathrm {CEO} }$

Оптическая частотная гребёнка — тип лазерного излучения, представляющий собой периодическую последовательность импульсов фемтосекундного лазера с синхронизацией мод (mode-locked).

Широкий спектр такого лазера состоит из десятков тысяч равноотстоящих узких линий («зубьев») гребёнки, распределённых в широком диапазоне частот на протяжении сотен нанометров.

Оптическая частотная гребёнка позволяет очень точно измерять частоту электромагнитного излучения, в том числе света. Она является неотъемлемым элементом оптических атомных часов, на несколько порядков точнее, чем используемые в настоящее время атомные часы, которые используют переходы в микроволновом диапазоне.

В 2005 году Теодор Хэнш и Джон Л. Холл получили половину Нобелевской премии по физике за вклад в развитие прецизионной лазерной спектроскопии, включая технику оптической частотной гребёнки.

Устройство

Генератор частотной гребёнки состоит из фемтосекундного лазера, фаза между огибающей и несущей которого измеряется и поддерживается постоянной с помощью нелинейного интерферометра (f-2f интерферометр, удвоение частоты).

Относительно широкий оптический спектр этого лазера состоит из нескольких очень узких линий с точно постоянным частотным интервалом. Расстояние между этими линиями обычно находится в мега- или гигагерцовом диапазоне и может быть измерено и стабилизировано с помощью относительно простых средств. f-2f интерферометр также измеряет абсолютное положение всей гребёнки. Путём сравнения с атомными часами обе величины могут быть определены с высокой точностью. Таким образом, абсолютная частота каждой отдельной частотной линии в спектре этого лазера точно известна. Измеряя биения, можно определить разность частот между такой калиброванной частотной линией и не столь точно известной частотой другого светового луча.

Значительной является также компактность устройства, которое не больше обувной коробки. Более ранние попытки точного измерения частоты («частотная цепь») требовали нескольких комнат.

Применения

Основными областями применения являются:

• На несколько порядков более высокие скорости передачи данных в оптоволоконных линиях при меньшей интерференции с соседними каналами и повышенной защищённости от прослушивания, так что, например, больше телефонных разговоров могут передаваться одновременно через один заморский оптоволоконный кабель.
• Дешёвая и, вероятно, на несколько порядков более точная замена мобильных атомных часов, которые важны, в частности, для спутниковой навигации.
• Создание высокочувствительных химических детекторов.
• Расширение возможностей «дизайнерской химии» в области сверххолодных химических реакций.
• Улучшение систем измерения расстояния, основанных на технологии лидар, на несколько порядков. Так, например, очень малые доплеровские смещения в спектре вращающихся звёзд можно измерить настолько точно, что можно даже обнаружить планеты, вращающиеся вокруг далёких звёзд: ведь когда маленькая планета вращается вокруг тяжёлой звезды, обе они вращаются вокруг общего центра масс, который находится недалеко от центра звезды. Это приводит к лёгкому колебанию главной звезды, вызывающему небольшое доплеровское смещение. С помощью частотной гребёнки можно измерить величину доплеровского смещения и по нему рассчитать орбиту планеты.

Ссылки

• Frequency Combs: High Precision Measurements for fundamental Physics
• wykład noblowski: Theodor W. Hänsch Umiłowanie dokładności
• wykład noblowski: John L. Hall Pomiar częstości optycznych – szansa dla zegarów optycznych i nie tylko

Ошибка создания миниатюры: Файл не найден

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Руниверсалис» («Руни», руни.рф) под названием «Оптическая частотная гребёнка», расположенная по адресу: — https://руни.рф/Оптическая_частотная_гребёнка Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC BY-SA. Всем участникам Руниверсалиса предлагается прочитать «Обращение к участникам Руниверсалиса» основателя Циклопедии и «Почему Циклопедия?».