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更新時間：2025-10-30 
瀏覽次數(shù)：19在精密測量、光譜學(xué)以及基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域，對光源的穩(wěn)定性、精確度和測量速度的要求日益嚴苛。傳統(tǒng)激光技術(shù)在某些應(yīng)用場景中逐漸顯現(xiàn)出其局限性。在此背景下，雙光頻梳技術(shù)應(yīng)運而生，它革新了光學(xué)測量的范式。日本FUJITOK公司作為精密光學(xué)設(shè)備的供應(yīng)商，其開發(fā)的超低噪音雙梳激光器系統(tǒng)，以其卓的越的性能和穩(wěn)定性，為科研與工業(yè)檢測提供了有力的工具。
要理解FUJITOK雙梳激光器的價值，首先需了解雙光頻梳技術(shù)的工作原理。
光頻梳，顧名思義，是一種在頻域上擁有一系列等間距、如同梳齒般離散譜線的特殊光源。這些梳齒的頻率可以極為精確地表示為：f_n = f_ceo + n * f_rep。其中，f_rep 是脈沖重復(fù)頻率，n 是一個巨大的整數(shù)模式序數(shù)，而 f_ceo 是載波包絡(luò)偏移頻率。
雙光頻梳系統(tǒng)包含兩臺鎖模激光器，它們各自產(chǎn)生一個光頻梳。這兩個光頻梳具有略微不同的重復(fù)頻率（f_rep1 和 f_rep2，其差值 Δf_rep 通常在幾百赫茲到幾千赫茲之間）。當這兩束光組合并照射到一個快速光電探測器上時，會發(fā)生光學(xué)外差干涉。
由于兩個光頻梳的梳齒間距（f_rep）略有不同，它們在探測器上會發(fā)生“異步光學(xué)采樣"效應(yīng)。簡單來說，這相當于用一個光頻梳的每一個梳齒去掃描另一個光頻梳的每一個梳齒。其結(jié)果是，在射頻域產(chǎn)生一系列拍頻信號。原本位于數(shù)百太赫茲（10^14 Hz）的光學(xué)頻率信息，被下轉(zhuǎn)換到易于電子設(shè)備處理的射頻或微波頻率（通常低于1 GHz）范圍內(nèi)。這些拍頻信號包含了被測樣品吸收、反射或散射的全部光譜信息，可以通過傅里葉變換直接復(fù)原出高精度的光學(xué)光譜。
FUJITOK的雙梳激光器系統(tǒng)并非簡單地將兩臺的獨立激光器拼湊而成，而是通過精心的整體設(shè)計，致力于實現(xiàn)系統(tǒng)級的超低噪音和高穩(wěn)定性。
一體化的共同腔體設(shè)計：
許多雙梳系統(tǒng)采用兩個物理上分離的激光諧振腔，這使得它們對環(huán)境振動、溫度和氣流波動極為敏感，導(dǎo)致兩個光頻梳的相對關(guān)系難以保持穩(wěn)定。FUJITOK的一項關(guān)鍵技術(shù)是采用一體化共同腔體設(shè)計，或通過精密的伺服控制技術(shù)將兩個光頻梳緊密耦合。這意味著兩個光頻梳共享大部分物理光路，暴露在幾乎相同的環(huán)境擾動下。因此，共模噪聲（如溫度漂移、機械振動）對兩個光梳的影響是相似的，在后續(xù)的差分測量中，這些共模噪聲可以被大幅抑制，從而顯著提升系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性和魯棒性。
超低噪聲鎖模機制：
激光器本身的強度噪聲和相位噪聲是影響測量信噪比和精度的關(guān)鍵因素。FUJITOK激光器采用優(yōu)化的鎖模技術(shù)，例如非線性偏振旋轉(zhuǎn)或半導(dǎo)體可飽和吸收鏡等技術(shù)，能夠產(chǎn)生極其穩(wěn)定和干凈的飛秒激光脈沖。其強度噪聲和時序抖動被控制在極低的水平，這直接轉(zhuǎn)化為射頻域拍頻信號更窄的線寬和更高的信噪比，為高精度測量奠定了基礎(chǔ)。
精密的頻率控制系統(tǒng)：
為了實現(xiàn)絕對頻率精度和長期穩(wěn)定運行，該系統(tǒng)集成了多套反饋控制回路。通過相位鎖定技術(shù)，將兩個光頻梳的重復(fù)頻率（f_rep1, f_rep2）和載波包絡(luò)偏移頻率（f_ceo1, f_ceo2）分別鎖定在一個超穩(wěn)射頻參考源（如原子鐘或高穩(wěn)晶體振蕩器）上。這使得光頻梳的每一個梳齒都具有了與參考源相當?shù)念l率精度和穩(wěn)定度。這種主動控制確保了系統(tǒng)在數(shù)小時甚至數(shù)天的連續(xù)運行中，性能不會發(fā)生漂移。
用戶友好的系統(tǒng)集成：
FUJITOK將雙梳激光器作為一個完整的測量解決方案來提供。系統(tǒng)通常包含激光頭、電子控制系統(tǒng)、頻率鎖相模塊以及必要的數(shù)據(jù)采集軟件。其設(shè)計考慮了實際操作的便利性，旨在降低用戶構(gòu)建和維護復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)門檻。緊湊的機械結(jié)構(gòu)和良好的熱設(shè)計也為其在不同實驗環(huán)境下的部署提供了便利。
基于上述技術(shù)特性，F(xiàn)UJITOK超低噪音雙梳激光器在多個前沿科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
雙光梳光譜學(xué)：
這是其最典型的應(yīng)用。它能夠在微秒量級的時間內(nèi)獲取覆蓋寬光譜范圍的高分辨率吸收光譜。這種“快照式"光譜測量能力，使其非常適合研究動態(tài)過程，如發(fā)動機燃燒診斷、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)監(jiān)測、大氣痕量氣體快速分析以及生物醫(yī)學(xué)中的呼氣檢測等。
絕對距離測量：
利用光頻梳的飛行時間測距和干涉測距相結(jié)合的原理，雙梳系統(tǒng)可以實現(xiàn)對大量程距離的納米級精度測量。同時，它具備高更新率，可用于跟蹤快速移動目標、大尺度結(jié)構(gòu)的形變監(jiān)測（如飛機機翼、橋梁）和工業(yè)精密測控。
光學(xué)相干斷層掃描：
與傳統(tǒng)的低相干光源OCT相比，雙梳OCT能夠在不移動參考臂的情況下，通過探測射頻信號來獲取深度信息，從而實現(xiàn)更高的成像速度和更大的景深。這在眼科醫(yī)學(xué)、材料檢測等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。
微波光子學(xué)與光學(xué)頻率合成：
超低噪聲的光頻梳可以作為高性能的光學(xué)到微波的頻率轉(zhuǎn)換器，生成純凈度極的高的微波信號。這對于下一代通信技術(shù)、雷達系統(tǒng)和基礎(chǔ)物理研究（如暗物質(zhì)探測）具有重要意義。
化學(xué)成分分析與計量學(xué)：
在實驗室環(huán)境中，其高精度和高分辨率的特點，使其成為光譜數(shù)據(jù)庫定標、同位素比率精密測量以及新材料光學(xué)常數(shù)表征的強大工具。
日本FUJITOK的超低噪音雙梳激光器代表了光頻梳技術(shù)從實驗室原型走向穩(wěn)定、可靠應(yīng)用工具的發(fā)展方向。其核心優(yōu)勢在于通過一體化的穩(wěn)定設(shè)計、低噪聲的激光源和精密的頻率控制，實現(xiàn)了系統(tǒng)級的超低噪聲和長期穩(wěn)定運行。它并非聚焦于單一的參數(shù)突破，而是追求整體性能的均衡與卓的越。
這種儀器為科學(xué)研究人員和工程師提供了一種強大的探測手段，使得他們能夠以更高的速度、更高的精度和更高的靈敏度去探索物質(zhì)世界，從而推動基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)現(xiàn)和先進工業(yè)技術(shù)的進步。它的存在，為精密測量科學(xué)樹立了一個值得參考的技術(shù)標的桿。
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