Co je to elektrooptický modulátor optického frekvenčního hřebenu? První část

Optický frekvenční hřeben je spektrum složené ze série rovnoměrně rozmístěných frekvenčních složek ve spektru, které mohou být generovány lasery s synchronizací módů, rezonátory nebo...elektrooptické modulátoryOptické frekvenční hřebeny generovanéelektrooptické modulátorymají vlastnosti vysoké opakovací frekvence, vnitřního mezisušení a vysokého výkonu atd., které se široce používají při kalibraci přístrojů, spektroskopii nebo základní fyzice a v posledních letech přitahují stále větší zájem výzkumníků.

Nedávno Alexandre Parriaux a další z Univerzity v Burgendi ve Francii publikovali přehledový článek v časopise Advances in Optics and Photonics, v němž systematicky představili nejnovější výzkumný pokrok a aplikace optických frekvenčních hřebenů generovaných...elektrooptická modulaceZahrnuje úvod do optického frekvenčního hřebenu, metodu a vlastnosti optického frekvenčního hřebenu generovaného...elektrooptický modulátora nakonec vyjmenovává scénáře použitíelektrooptický modulátorAutor podrobně popisuje optický frekvenční hřeben, včetně aplikace přesného spektra, interference dvojitého optického hřebene, kalibrace přístrojů a generování libovolného tvaru vlny, a diskutuje principy různých aplikací. Nakonec autor navrhuje perspektivu technologie optického frekvenčního hřebene s elektrooptickým modulátorem.

01 Pozadí

Tento měsíc je to 60 let, co Dr. Maiman vynalezl první rubínový laser. O čtyři roky později Hargrove, Fock a Pollack z Bell Laboratories ve Spojených státech jako první oznámili aktivní synchronizaci módů dosaženou v heliově-neonových laserech. Spektrum synchronizovaného laseru je v časové doméně reprezentováno jako pulzní emise, ve frekvenční doméně je to série diskrétních a stejně vzdálených krátkých čar, velmi podobných našim každodenně používaným hřebenům, proto toto spektrum nazýváme „optický frekvenční hřeben“. Označuje se jako „optický frekvenční hřeben“.

Vzhledem k dobrým možnostem využití optických hřebenů byla v roce 2005 udělena Nobelova cena za fyziku Hanschovi a Hallovi, kteří provedli průkopnickou práci v oblasti technologie optických hřebenů. Od té doby se vývoj optických hřebenů posunul do nové fáze. Vzhledem k tomu, že různé aplikace mají různé požadavky na optické hřebeny, jako je výkon, rozteč řádků a centrální vlnová délka, vedlo to k potřebě používat různé experimentální prostředky k jejich generování, jako jsou lasery s synchronizací módů, mikrorezonátory a elektrooptické modulátory.

Obr. 1 Spektrum optického frekvenčního hřebene v časové a frekvenční doméně
Zdroj obrázku: Elektrooptické frekvenční hřebeny

Od objevení optických frekvenčních hřebenů byla většina optických frekvenčních hřebenů vyrobena pomocí laserů s synchronizací módů. V laserech s synchronizací módů se k fixaci fázového vztahu mezi podélnými módy používá dutina s dobou oběhu τ, aby se určila opakovací frekvence laseru, která se obecně může pohybovat od megahertzů (MHz) do gigahertzů (GHz).

Optický frekvenční hřeben generovaný mikrorezonátorem je založen na nelineárních jevech a doba průchodu je určena délkou mikrodutiny. Protože délka mikrodutiny je obecně menší než 1 mm, optický frekvenční hřeben generovaný mikrodutinou je obecně 10 gigahertzů až 1 terahertz. Existují tři běžné typy mikrodutin: mikrotubuly, mikrokuličky a mikrokroužky. Použitím nelineárních efektů v optických vláknech, jako je Brillouinov rozptyl nebo čtyřvlnové míchání, v kombinaci s mikrodutinami lze vytvořit optické frekvenční hřebeny v rozsahu desítek nanometrů. Optické frekvenční hřebeny lze navíc generovat také pomocí některých akusticko-optických modulátorů.