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微環設備能將連續激光轉化為“光梳”,將用於新式傳感器

http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-07 15:59:05 來源:中國自動化學會專家谘詢工作委員會

   據美國物理學家組織網近日報道,美國普渡大學和國家標準與技術研究院(NIST)dekexuejiaxieshouyanzhichuleyikuainengjianglianxujiguangzhuanbianweidaliangchaoduanmaichongdeweihuangaopinshebei,zhekuaishebeixiaoqiaodaonenganzhuangzaiyikuaijisuanjixinpianshang,youwangyingyongyugaojichuanganqi、通訊係統和實驗室設備中。

   他們研製出的這塊“微環諧振器”寬約80微米(與人的一根頭發絲差不多),由氮化矽(可與電子設備內廣泛使用的矽材料兼容)構建而成。

   普渡大學電子與計算機工程學院的教授安德魯•維尼解釋道,連續波激光器——單(dan)頻(pin)激(ji)光(guang)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)非(fei)常(chang)普(pu)通(tong)的(de)激(ji)光(guang)器(qi),可(ke)發(fa)出(chu)強(qiang)度(du)始(shi)終(zhong)不(bu)變(bian)的(de)激(ji)光(guang),其(qi)發(fa)出(chu)的(de)紅(hong)外(wai)光(guang)通(tong)過(guo)一(yi)根(gen)光(guang)纖(xian)進(jin)入(ru)芯(xin)片(pian),隨(sui)後(hou)被(bei)波(bo)導(dao)引(yin)導(dao)入(ru)該(gai)微(wei)環(huan)設(she)備(bei)中(zhong),並(bing)被(bei)轉(zhuan)化(hua)為(wei)包(bao)含(han)多(duo)種(zhong)頻(pin)率(lv)的(de)高(gao)頻(pin)脈(mai)衝(chong),其(qi)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)為(wei)每(mei)秒(miao)數(shu)千(qian)億(yi)次(ci)。這(zhe)些(xie)不(bu)同(tong)頻(pin)率(lv)的(de)高(gao)頻(pin)脈(mai)衝(chong)被(bei)稱(cheng)為(wei)“梳狀線”,因為當它們出現在一個圖形中時,就像梳子上的梳齒。

   維尼表示,這種微環光梳生成器可與能產生多個頻率和短脈衝的鎖模激光器相媲美,不過,微環設備的優勢在於它非常小巧。

   激光在微環內會遇到“非線性交互作用”,產生新頻率的光梳,並可通過另一條光纖從該設備中發射而出。科學家們表示:“對(dui)於(yu)光(guang)梳(shu)的(de)產(chan)生(sheng)來(lai)說(shuo),這(zhe)種(zhong)非(fei)線(xian)性(xing)非(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)。利(li)用(yong)非(fei)線(xian)性(xing),我(wo)們(men)能(neng)獲(huo)得(de)擁(yong)有(you)很(hen)多(duo)頻(pin)率(lv)的(de)光(guang)梳(shu),其(qi)中(zhong)包(bao)括(kuo)起(qi)源(yuan)光(guang)的(de)頻(pin)率(lv),其(qi)餘(yu)則(ze)是(shi)微(wei)環(huan)中(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)新(xin)的(de)頻(pin)率(lv)。”

   科學家們希望,能通過精確控製得到光梳的頻率,製造出可有效探測有害物質或汙染物的高級光學傳感器、用yong於yu實shi驗yan室shi研yan究jiu的de超chao靈ling敏min分fen光guang鏡jing以yi及ji基ji於yu光guang子zi學xue的de能neng傳chuan遞di大da量liang信xin息xi的de通tong訊xun係xi統tong,這zhe樣yang的de光guang學xue係xi統tong不bu僅jin能neng傳chuan遞di更geng高gao質zhi量liang的de信xin息xi,也ye可ke以yi增zeng加jia其qi帶dai寬kuan。另ling外wai,這zhe種zhong光guang梳shu技ji術shu也ye可ke用yong於yu新xin一yi代dai高gao帶dai寬kuan電dian子zi信xin號hao中zhong,在zai無wu線xian通tong訊xun和he雷lei達da領ling域yu找zhao到dao用yong武wu之zhi地di。

   盡管此前已有其他科研團隊演示過這種光梳生成技術,但最新研究首次使用“光任意波形技術”對這些頻率進行了處理。維尼是“光任意波形技術”領域的領先者。科學家們能控製每個光譜線(光譜鑷製機或分光計在焦平麵上捕捉到的狹長狀圖形)的波幅和相位,從而了解到存在兩類光梳——“高相幹”和“部分相幹”,為研究這一過程的物理學原理開辟了新方向。

   科ke學xue家jia們men表biao示shi,接jie下xia來lai,他ta們men希xi望wang能neng提ti取qu單dan個ge光guang梳shu線xian的de相xiang位wei,從cong而er為wei研yan究jiu光guang梳shu產chan生sheng過guo程cheng的de物wu理li學xue原yuan理li提ti供gong線xian索suo,此ci外wai也ye希xi望wang製zhi造zao出chu可ke商shang用yong的de有you正zheng確que頻pin率lv的de設she備bei。

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