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更新時間：2025-10-30 
瀏覽次數：37在精密測量、光譜學以及基礎科學研究領域，對光源的穩(wěn)定性、精確度和測量速度的要求日益嚴苛。傳統激光技術在某些應用場景中逐漸顯現出其局限性。在此背景下，雙光頻梳技術應運而生，它革新了光學測量的范式。日本FUJITOK公司作為精密光學設備的供應商，其開發(fā)的超低噪音雙梳激光器系統，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 是脈沖重復頻率，n 是一個巨大的整數模式序數，而 f_ceo 是載波包絡偏移頻率。
雙光頻梳系統包含兩臺鎖模激光器，它們各自產生一個光頻梳。這兩個光頻梳具有略微不同的重復頻率（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“異步光學采樣"效應。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。其結果是，在射頻域產生一系列拍頻信號。原本位于數百太赫茲（10^14 Hz）的光學頻率信息，被下轉換到易于電子設備處理的射頻或微波頻率（通常低于1 GHz）范圍內。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原出高精度的光學光譜。
FUJITOK的雙梳激光器系統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計，致力于實現系統級的超低噪音和高穩(wěn)定性。
一體化的共同腔體設計：
許多雙梳系統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，導致兩個光頻梳的相對關系難以保持穩(wěn)定。FUJITOK的一項關鍵技術是采用一體化共同腔體設計，或通過精密的伺服控制技術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鍵因素。FUJITOK激光器采用優(yōu)化的鎖模技術，例如非線性偏振旋轉或半導體可飽和吸收鏡等技術，能夠產生極其穩(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。
精密的頻率控制系統：
為了實現絕對頻率精度和長期穩(wěn)定運行，該系統集成了多套反饋控制回路。通過相位鎖定技術，將兩個光頻梳的重復頻率（f_rep1, f_rep2）和載波包絡偏移頻率（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的頻率精度和穩(wěn)定度。這種主動控制確保了系統在數小時甚至數天的連續(xù)運行中，性能不會發(fā)生漂移。
用戶友好的系統集成：
FUJITOK將雙梳激光器作為一個完整的測量解決方案來提供。系統通常包含激光頭、電子控制系統、頻率鎖相模塊以及必要的數據采集軟件。其設計考慮了實際操作的便利性，旨在降低用戶構建和維護復雜光學系統的技術門檻。緊湊的機械結構和良好的熱設計也為其在不同實驗環(huán)境下的部署提供了便利。
基于上述技術特性，FUJITOK超低噪音雙梳激光器在多個前沿科學和工業(yè)領域發(fā)揮著重要作用。
雙光梳光譜學：
這是其最典型的應用。它能夠在微秒量級的時間內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、化學反應動力學監(jiān)測、大氣痕量氣體快速分析以及生物醫(yī)學中的呼氣檢測等。
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合的原理，雙梳系統可以實現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、大尺度結構的形變監(jiān)測（如飛機機翼、橋梁）和工業(yè)精密測控。
光學相干斷層掃描：
與傳統的低相干光源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，從而實現更高的成像速度和更大的景深。這在眼科醫(yī)學、材料檢測等領域具有應用潛力。
微波光子學與光學頻率合成：
超低噪聲的光頻梳可以作為高性能的光學到微波的頻率轉換器，生成純凈度極的高的微波信號。這對于下一代通信技術、雷達系統和基礎物理研究（如暗物質探測）具有重要意義。
化學成分分析與計量學：
在實驗室環(huán)境中，其高精度和高分辨率的特點，使其成為光譜數據庫定標、同位素比率精密測量以及新材料光學常數表征的強大工具。
日本FUJITOK的超低噪音雙梳激光器代表了光頻梳技術從實驗室原型走向穩(wěn)定、可靠應用工具的發(fā)展方向。其核心優(yōu)勢在于通過一體化的穩(wěn)定設計、低噪聲的激光源和精密的頻率控制，實現了系統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突破，而是追求整體性能的均衡與卓的越。
這種儀器為科學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世界，從而推動基礎科學發(fā)現和先進工業(yè)技術的進步。它的存在，為精密測量科學樹立了一個值得參考的技術標的桿。
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