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日本FUJITOK 超低噪音双梳激光器 介绍

更新时间:2025-10-30&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;浏览次数:6

在精密测量、光谱学以及基础科学研究领域,对光源的稳定性、精确度和测量速度的要求日益严苛。传统激光技术在某些应用场景中逐渐显现出其局限性。在此背景下,双光频梳技术应运而生,它革新了光学测量的范式。日本贵鲍闯滨罢翱碍公司作为精密光学设备的供应商,其开发的超低噪音双梳激光器系统,以其卓的越的性能和稳定性,为科研与工业检测提供了有力的工具。

一、 双光频梳技术的基本原理

要理解贵鲍闯滨罢翱碍双梳激光器的价值,首先需了解双光频梳技术的工作原理。

光频梳,顾名思义,是一种在频域上拥有一系列等间距、如同梳齿般离散谱线的特殊光源。这些梳齿的频率可以极为精确地表示为:f_n = f_ceo + n * f_rep。其中,f_rep&苍产蝉辫;是脉冲重复频率,n&苍产蝉辫;是一个巨大的整数模式序数,而&苍产蝉辫;f_ceo&苍产蝉辫;是载波包络偏移频率。

双光频梳系统包含两台锁模激光器,它们各自产生一个光频梳。这两个光频梳具有略微不同的重复频率(f_rep1&苍产蝉辫;和&苍产蝉辫;f_rep2,其差值 Δf_rep 通常在几百赫兹到几千赫兹之间)。当这两束光组合并照射到一个快速光电探测器上时,会发生光学外差干涉。

由于两个光频梳的梳齿间距(f_rep)略有不同,它们在探测器上会发生“异步光学采样"效应。简单来说,这相当于用一个光频梳的每一个梳齿去扫描另一个光频梳的每一个梳齿。其结果是,在射频域产生一系列拍频信号。原本位于数百太赫兹(10^14 Hz)的光学频率信息,被下转换到易于电子设备处理的射频或微波频率(通常低于1 GHz)范围内。这些拍频信号包含了被测样品吸收、反射或散射的全部光谱信息,可以通过傅里叶变换直接复原出高精度的光学光谱。

二、 FUJITOK超低噪音双梳激光器的核心特性

贵鲍闯滨罢翱碍的双梳激光器系统并非简单地将两台的独立激光器拼凑而成,而是通过精心的整体设计,致力于实现系统级的超低噪音和高稳定性。

  1. 一体化的共同腔体设计
    许多双梳系统采用两个物理上分离的激光谐振腔,这使得它们对环境振动、温度和气流波动极为敏感,导致两个光频梳的相对关系难以保持稳定。贵鲍闯滨罢翱碍的一项关键技术是采用一体化共同腔体设计,或通过精密的伺服控制技术将两个光频梳紧密耦合。这意味着两个光频梳共享大部分物理光路,暴露在几乎相同的环境扰动下。因此,共模噪声(如温度漂移、机械振动)对两个光梳的影响是相似的,在后续的差分测量中,这些共模噪声可以被大幅抑制,从而显着提升系统的长期稳定性和鲁棒性。

  2. 超低噪声锁模机制
    激光器本身的强度噪声和相位噪声是影响测量信噪比和精度的关键因素。贵鲍闯滨罢翱碍激光器采用优化的锁模技术,例如非线性偏振旋转或半导体可饱和吸收镜等技术,能够产生极其稳定和干净的飞秒激光脉冲。其强度噪声和时序抖动被控制在极低的水平,这直接转化为射频域拍频信号更窄的线宽和更高的信噪比,为高精度测量奠定了基础。

  3. 精密的频率控制系统
    为了实现绝对频率精度和长期稳定运行,该系统集成了多套反馈控制回路。通过相位锁定技术,将两个光频梳的重复频率(f_rep1, f_rep2)和载波包络偏移频率(f_ceo1, f_ceo2)分别锁定在一个超稳射频参考源(如原子钟或高稳晶体振荡器)上。这使得光频梳的每一个梳齿都具有了与参考源相当的频率精度和稳定度。这种主动控制确保了系统在数小时甚至数天的连续运行中,性能不会发生漂移。

  4. 用户友好的系统集成
    贵鲍闯滨罢翱碍将双梳激光器作为一个完整的测量解决方案来提供。系统通常包含激光头、电子控制系统、频率锁相模块以及必要的数据采集软件。其设计考虑了实际操作的便利性,旨在降低用户构建和维护复杂光学系统的技术门槛。紧凑的机械结构和良好的热设计也为其在不同实验环境下的部署提供了便利。

三、 主要应用领域

基于上述技术特性,贵鲍闯滨罢翱碍超低噪音双梳激光器在多个前沿科学和工业领域发挥着重要作用。

  • 双光梳光谱学
    这是其最典型的应用。它能够在微秒量级的时间内获取覆盖宽光谱范围的高分辨率吸收光谱。这种“快照式"光谱测量能力,使其非常适合研究动态过程,如发动机燃烧诊断、化学反应动力学监测、大气痕量气体快速分析以及生物医学中的呼气检测等。

  • 绝对距离测量
    利用光频梳的飞行时间测距和干涉测距相结合的原理,双梳系统可以实现对大量程距离的纳米级精度测量。同时,它具备高更新率,可用于跟踪快速移动目标、大尺度结构的形变监测(如飞机机翼、桥梁)和工业精密测控。

  • 光学相干断层扫描
    与传统的低相干光源翱颁罢相比,双梳翱颁罢能够在不移动参考臂的情况下,通过探测射频信号来获取深度信息,从而实现更高的成像速度和更大的景深。这在眼科医学、材料检测等领域具有应用潜力。

  • 微波光子学与光学频率合成
    超低噪声的光频梳可以作为高性能的光学到微波的频率转换器,生成纯净度极的高的微波信号。这对于下一代通信技术、雷达系统和基础物理研究(如暗物质探测)具有重要意义。

  • 化学成分分析与计量学
    在实验室环境中,其高精度和高分辨率的特点,使其成为光谱数据库定标、同位素比率精密测量以及新材料光学常数表征的强大工具。

四、 总结

日本贵鲍闯滨罢翱碍的超低噪音双梳激光器代表了光频梳技术从实验室原型走向稳定、可靠应用工具的发展方向。其核心优势在于通过一体化的稳定设计、低噪声的激光源和精密的频率控制,实现了系统级的超低噪声和长期稳定运行。它并非聚焦于单一的参数突破,而是追求整体性能的均衡与卓的越。

这种仪器为科学研究人员和工程师提供了一种强大的探测手段,使得他们能够以更高的速度、更高的精度和更高的灵敏度去探索物质世界,从而推动基础科学发现和先进工业技术的进步。它的存在,为精密测量科学树立了一个值得参考的技术标的杆。


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