回音壁微腔光频梳在可见光波段的研究进展

本文主要介绍了基于回音壁微腔的可见光波段光频梳的研究进展，光频梳是精密物理测量的重要工具，其特性由梳齿频率间隔frep和初始偏移频率fceo决定。文章提到了三种实现光频梳的方式：锁模激光器、电光调制光频梳和非线性材料中的级联四波混频，特别强调了回音壁微腔在光频梳技术中的应用和优势。 正文： 光学频率梳（光频梳）是现代光学中的核心技术之一，它的出现极大地推动了精确测量和光谱学的发展。光频梳是由一系列等间隔的频率分量组成，这些分量具有高度的相干性和稳定性，使得在宽广的频率范围内进行精确的频率测量成为可能。自20世纪末以来，光频梳已经在光钟、时间标准、气体传感器等领域展现出巨大潜力，并因此在2005年获得了诺贝尔物理学奖的认可。 光频梳的两个核心参数——梳齿频率间隔frep和初始偏移频率fceo，决定了其频率分布特性。frep定义了相邻梳齿之间的频率差，而fceo则是整个梳状结构相对于零频率的偏移。这两个参数共同决定了光频梳的频率覆盖范围和精度。 实现光频梳的常见方法有三种。首先，半导体锁模激光器通过主动或被动调制非线性效应产生相位锁定的不同波长，从而形成光频梳。这种激光器产生的光频梳在时域表现为规则的脉冲序列，适用于超短脉冲的产生和超快光学研究。例如，钛宝石激光器和掺铒光纤激光器可产生约1GHz的重复频率。 其次，电光调制光频梳是通过电光调制器对连续波激光器的输出进行调制，产生等间隔的梳齿。这种方法的frep由射频源频率决定，fceo则可通过调整输入激光频率来控制。 第三种方法是利用非线性材料中的级联四波混频，特别是在回音壁微腔中的应用。回音壁微腔因为其高品质因子、小模式体积以及可调控的几何结构，能够显著增强光与物质的相互作用，从而高效地产生光频梳。2004年，Kippenberg等人利用微芯圆环腔成功实现了这一技术，开启了回音壁微腔在光频梳领域的广泛应用。 回音壁微腔光频梳的快速发展得益于其独特的优势。微小的腔体尺寸允许在微尺度上集成复杂的光学系统，同时，高品质因子提供了高的光场强度，有利于非线性光学效应的产生。这些特性使得基于回音壁微腔的光频梳在可见光波段的应用中具有高分辨率和高灵敏度，尤其在生物传感、化学分析以及量子信息处理等领域显示出巨大潜力。 基于回音壁微腔的光频梳技术是当前光学领域的热点研究方向，它不断推动着精密测量技术的进步，有望在未来带来更多的科学突破和实际应用。随着技术的进一步发展，我们可以期待在更多领域看到光频梳技术的创新应用。