光學梳子,一種特別的光源

2020-12-03 每天搞學術

頻率梳以前所未有的精度測量光學頻率,在光學計量學中有眾多應用,例如高精度光譜學,光學原子鐘,阿秒科學,天文學和最近的量子信息處理。

光頻梳是一種光源,它的光譜不是連續的,而是由銳利的、窄的、等距的雷射線組成的離散模式(如圖所示)。它可以通過一些機制產生,特別是通過穩定的脈衝序列和由飛秒鎖模雷射器產生的固定重複率,或者通過非線性介質中的四波混合。前一種技術是由Theodor Hansch和John Hall在2000年左右開發的,這使得他們二人分享了2005年諾貝爾物理學獎的一半,「因為他們對基於雷射的精確光譜學的發展做出了貢獻,包括光學頻率梳技術。

這些梳子的功能就像光的「標尺」,讓科學家能夠非常精確地測定光的頻率,徹底改變了基礎科學。舉例來說,顯著進步的頻率梳致力於寬帶光譜源——特別是在中紅外區域2 - 20(μm),用於分子指紋,紫外線範圍(< 400nm)——開闢了探索原子和分子的結構和動力學新的機遇。與光譜學一樣,頻率梳可以作為一個精確的光譜尺來支持傳統的雷射測距方法。

頻率梳狀光源已用於光學時鐘,使精確的時間保持。在時域中,對超短脈衝的包絡和載波之間的相對相位的控制使得研究發生在一個光學周期的一小部分的動力學成為可能,這是阿秒科學的關鍵。近年來,在尋找類地系外行星的過程中,通過雷射頻率梳校準的高解析度光譜儀,實現了一種新的精確的徑向速度測量方法,擴展了「天體梳」作為天文學光譜觀測工具的用途。

在這個聚焦於頻率梳的問題上,我們提出了三篇綜述文章,提供了最新的晶片上產生頻率梳的進展,頻率梳光譜學,以及頻率梳在量子科學和技術中的新角色。

頻率梳的大部分應用最初是使用桌面系統進行的。然而,基於晶片的非線性光子學為微型化提供了解決方案。光在波導中的嚴格限制,由於核心和波導包層之間的高折射率反差,提供了高的光學非線性和在寬泵浦波長範圍內的強色散管理能力。Gaeta、Lipson和Kippenberg綜述了兩種不同尋常的片上工藝,它們可以產生具有廣譜的頻率梳,在光波導中產生超連續譜,在微諧振器中產生克爾梳。片上頻率梳裝置具有結構緊湊、便攜性好、穩定性強、可充分集成低功耗器件等特點,有望廣泛應用於各種應用環境。

Nathalie Picque和Theodor Hansch總結了新興的和快速發展的原子和分子寬帶光譜與頻率梳領域的發展。他們的綜述集中在頻率梳在光譜學中的影響,在光譜學中,頻率梳被用來直接激發或審問一個樣品,而不是作為頻率標尺。他們明確地集中在數字合成器的選擇和梳狀結構被利用的技術。光譜頻率梳光譜學技術描述,包括直接頻率梳光譜學,拉姆齊梳光譜,光譜使用色散光譜儀,基於Michelson的傅立葉變換光譜學和雙梳光譜(如圖:兩個光學梳發電機略有不同,專門設計的線寬可能拍頻一個檢測器和生成一個射頻頻譜,使能高解析度雙梳光譜)。頻率梳光譜鏡在極紫外和寬帶檢測,以及在片上光譜實驗室中的應用前景同樣值得討論。

量子科學需要越來越複雜和大規模的量子資源。由於頻率梳能夠提供非常多的時間和頻率模式,從而促進大規模的量子系統,頻率梳提供了一個有趣的解決方案,並可能被證明是非常寶貴的實用和可擴展的量子信號和信息處理框架。Michael Kues和他的同事在他們的綜述中討論了通過光子糾纏操作的量子頻率梳,從鎖模量子頻率梳開始,然後是能量-時間糾纏方法。他們討論了光子集成和光纖通信組件在控制量子態中的應用,以及這些「量子微梳」在基於光子的量子科學中的潛力。

頻率梳直到20世紀70年代末漢斯的實驗之後才達到現在的形式。從那時起,人們探索了幾個新的研究途徑。在未來的十年裡,通過頻率梳來觀察是否會出現新的分支和驚喜,將是一件有趣的事情。

相關焦點

  • 海洋光學推出 JAZ 光譜儀的高強度脈衝氙燈光源
    -具有良好穩定性的低功率高頻氙燈光源- 上海2010年6月10日電 /美通社亞洲/ -- 微型光譜儀領域的先行者海洋光學,又推出了一種可集成在 JAZ 光譜儀上的脈衝式氙燈光源。Jaz-PX 是一種高頻、低弧的氙燈,尤其在吸光率、生物放射、螢光和磷光等紫外線-可見光範圍內的應用中特別有用。
  • 海洋光學新款Vivo大功率近紅外光源
    )的Vivo近紅外光源是一款用於360-2,000納米範圍的可見光-近紅外光譜的袖珍鎢滷光源。Vivo可以與所有的海洋光學光譜儀、光纖和取樣附件相兼容,可以輸出強大的反射光並得出其他測量結果。大功率光源是用於製藥、糧油加工以及食品安全行業近紅外分析的理想光源。 Vivo的四種鎢滷光源用於與探測光纖成90度角的反射光測量,且能夠自如開關以實現精確控制。比起傳統的方法,強大的燈泡光源輸出可以讓光譜儀積分時間變得更短,通過系統設置甚至可實現1毫秒的積分時間。
  • 首飾設計精緻特別,連梳子也能當頭飾呢!
    先給大家普及一下古代對首飾的稱呼,古代的時候,女孩成年叫做"及",它也是一種首飾名稱的概括,其中包括很多種類的材質。笄是慢慢演變成簪的,它是女子用來盤發的工具,但是的種類比較單一,它只是一個長條狀的飾品。而簪的用途就比較廣了,它的表面還可以刻許多不同種類的花紋,佩戴起來十分生動。但是釵又是另一種形式的束髮工具,它是由兩種簪疊加而成的,在簪的基礎上加大了它的長度,數量變為兩條。
  • 新型量子光源:為光學量子計算機鋪路!
    導讀據德國慕尼黑工業大學(TUM)官網近日報導,該校物理學家領導的國際團隊以僅幾納米的精度成功地將光源安放在原子薄度的材料層中。這種新方法將帶來許多的量子技術應用,從智慧型手機中的量子傳感器和電晶體到數據傳輸所用的新型加密技術。背景之前,晶片上的電路以電子作為信息載體。未來,以光速傳遞信息的光子將可以在光學電路上完成這項任務。
  • 海洋光學推出新款Vivo大功率近紅外光源
    海洋光學的Vivo近紅外光源是一款用於360-2,000納米範圍的可見光-近紅外光譜的袖珍鎢滷光源。Vivo可以與所有的海洋光學光譜儀、光纖和取樣附件相兼容,可以輸出強大的反射光並得出其他測量結果。大功率光源是用於製藥、糧油加工以及食品安全行業近紅外分析的理想光源。
  • 片上光學濾波器可處理各種光波長
    麻省理工學院的研究人員在晶片上設計了一個光學濾波器,可以同時處理來自極寬光譜範圍的光信號,這是以前從未有過使用光處理數據的集成光學系統所能提供的。該技術可以為設計光通信和傳感器系統提供更高的精度和靈活性,通過超快技術和其他應用研究光子和其他粒子。
  • 送梳子的含義 送梳子的含義是什麼
    梳子也成為最佳禮物。但是你有沒有想過送梳子隱藏的真實含義?跟著小編往下看吧。1、送梳子的含義-思念將梳子送給媽媽代表思念的意思2、送梳子的含義-愛情永恆將梳子送給新娘,表示對她婚姻深深的祝福,願他們能永遠恩恩愛愛、愛情永恆,直到白頭攜老。
  • 晶片顯微鏡-光學顯微鏡的一種新方法
    由歐盟資助的ChipScope項目的研究人員正在開發一種全新的光學顯微鏡策略。 傳統的光學顯微鏡仍然是實驗室的標準設備,是光學基本定律的基礎。因此,解析度被衍射限制到所謂的「阿貝極限」——結構特徵小於200nm的最小值不能被這種顯微鏡分辨。
  • 海洋光學(Ocean Optics)的新型光學測量系統是對LED、各種光源及...
    -超越傳統的光譜儀,JAZ,提供完整的光譜分析能力- 上海2010年4月16日電 /美通社亞洲/ -- 海洋光學(Ocean Optics)現供應一種新的光學測量系統,可用於LED、燈、平板顯示器、其它輻射源及太陽輻射的光譜輻射分析。
  • 新一代單光子光源:為光學量子信息處理鋪路
    通過精心安排的升級,該裝置能以前所未有的效率產生逾30個光子,而光學量子信息應用正需要這種能力。如今,在量子計算與通信中,光子成為了一種被寄予厚望的資源,其獨特的性質使之成為了量子位(qubit)的傑出候選對象。」 Kaneda 補充道:「光子移動得很快,非常適合量子狀態的長距離傳輸,並能在我們日常生活的常溫條件下展現出量子現象。對於量子位來說,其他有前景的候選對象,例如離子阱和超導電流,只有在與世隔絕的極冷條件下才是穩定的。
  • ...分享:超高解析度光學相干斷層掃描(UHR-OCT)與SuperK超連續譜光源
    超高解析度光學相干斷層掃描(UHR-OCT)是一種非常寶貴的工具,可實現樣品的微米級橫截面或3D成像。   高解析度光學顯微鏡能研究樣品的表面或淺層,光學相干斷層掃描(OCT)相比於高解析度光學顯微鏡來說,還能夠對正在研究的樣品進行橫截面或3D成像,這是OCT技術的一個巨大的優勢。總之OCT具有非接觸、非侵入、成像速度快(實時動態檢測)、無損傷、無輻射等諸多優點。   OCT成像原理是20世紀90年代逐步發展而成的一種新的三維層析成像技術。
  • 「梳子」千萬不要盲目送,你知道「送梳子」代表什麼寓意嗎?
    現在看到很多人送梳子給女孩子,那送梳子它有什麼含義呢?送梳子好不好?小編想要告訴大家的是「梳子」千萬不要盲目送,你知道「送梳子」代表什麼寓意嗎?送梳子是由幾種寓意的: 首先第一重:梳子代表相思,你很想念一個人可以給她送梳子,如果女孩收到了梳子,說明對方十分的想念你,梳子每天都梳理頭髮也代表著它與你的密切性,寓意白頭偕老。第二重含義:梳子也代表著紅顏的意思,送女生梳子,那個人希望女孩能美麗,也寓意著浪漫。
  • 紫外非線性光學晶體材料獲新進展:雷射光源波長拓展
    雷射光源的波長拓展很大程度上依賴於頻率轉換器件材料—非線性光學晶體的變頻能力。隨著雷射在紫外和深紫外波段應用的日益重要,如何設計合成性能更優的硼酸鹽非線性光學材料以及硼酸鹽以外的紫外和深紫外非線性光學材料是當前研究的重點和熱點。
  • 等離子梳子可有效去除頭蝨
    原標題:等離子梳子可有效去除頭蝨   科技日報柏林11月4日電 (記者顧鋼)德國弗勞恩霍夫等離子和光電子研究中心專家發明了一種等離子梳子,不用藉助化學殺菌劑就可徹底去除頭蝨。   每個人都有可能染上頭蝨,尤其是3至10歲的兒童,這種寄生蟲專門吸取頭部的血液,並能很快從一個孩子頭上傳到另一個孩子頭上。
  • 近零介電常數材料打造的光學天線,賦能下一代紅外光源
    打開APP 近零介電常數材料打造的光學天線,賦能下一代紅外光源 發表於 2019-03-25 08:33:26 紅外光經常與夜視聯繫在一起,在光學傳感和探測領域用途廣泛。光學天線能夠使工程師控制光與材料的相互作用,並將光定位到亞波長尺寸,用於目前的許多納米級器件。
  • 清華大學提出一種全新人工光學非線性材料
    該成果基於經典電磁學理論,利用超構材料思想,提出了一種全新的人工光學非線性材料。圖為(a)非線性超分子陣列結構示意圖,(b)單個非線性超分子結構示意圖光學非線性是一種強光與物質相互作用產生的普遍性的物理效應,已在雷射技術、光通訊和光信息技術等顛覆性技術領域發揮了至關重要的作用。
  • 高能同步輻射光源驗證裝置工程電源、高精度光學元件壓彎等五系統...
    高能同步輻射光源驗證裝置工程電源、高精度光學元件壓彎等五系統通過工藝測試 2018-03-19 高能物理研究所 【字體:大 中 小】
  • 藍菲光學3米直徑燈具測量用積分球符合大型光源測量規範
    上海2010年11月24日電 /美通社亞洲/ -- 光學技術的發展促進了更大更複雜設備的出現,因此藍菲光學 (Labsphere – www.labsphere.com)推出了LMS-3M直徑3米積分球,用於測量更大光源或發光體的完整光學特性。
  • 如果在梳子周圍發現任何氣泡,緩慢地從凝膠中拔出梳子
    立刻插進梳子,注意不要在梳齒周圍引進氣泡。如果使用鯊魚齒梳子,將梳子平端插進凝膠約0.5cm。將梳子兩端插進凝膠相同深度,以保證當凝膠垂直放置後平滑面齊平。如果在梳子周圍發現任何氣泡,緩慢地從凝膠中拔出梳子。將梳子表面丙烯醯胺溶液擦乾淨然後圍新緩慢地將梳子插入凝膠。15.用大夾子將梳子在原位置夾緊固定。 用注射器或燒杯中剩餘的丙烯醯胺/尿素溶液沿著凝膠的頂部滴注。
  • 必學的光學微理論:這種「球」原來是一種具有多種用途的光學器件!
    希望各位光學人和學習光學專業的同學們好好學習一下!定義:用來進行特定光學測量的具有反射內表面的器件。測量雷射二極體、發光二極體或者燈管的光通量,測量光學元件的透射或反射率,甚至部分反射光,均勻照射器件。