光频梳在精密测量中的应用.pdf

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1、第３８卷第８期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ８２０１７年８月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＡｕｇ．２０１７光频梳在精密测量中的应用李岩（清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京１０００８４）摘要：光学频率梳在过去１７年间极大地促进了精密科学领域的发展。光学频率梳首先建立了微波频率与光学频率的直接联系，为时频领域的相关研究带来了突破性的进展；在此基础上，利用光学频率梳稳定的频域梳齿特性极大地推动了激光精密计量与测试技术的进步，同时光学频率梳良好的时域相干性也为实现高速

2、、宽带的高精密分子光谱探测提供了前所未有的手段。简述了光学频率梳的产生于发展，综述了光学频率梳在激光频率测定、绝对距离测量和精密吸收光谱探测、高速非线性光谱与光谱成像及高精度时间频率传递应用中的进展。这也说明了光学频率梳作为一种具有优秀时频特性的激光器必将继续推动精密科学领域的发展。关键词：光频梳；精密计量；精密吸收光谱；超快光谱中图分类号：ＴＮ２４７ＴＨ７４１文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４６０．４０３５Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｆｅｍｔｏｓ

3、ｅｃｏｎｄｏｐｔｉｃａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｍｂｓＬｉＹａｎ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｖｅｒｔｈｅｐａｓｔｓｅｖｅｎｔｅｅｎｙｅａｒｓ，ｎｏｔａｂｌｅａｄｖａｎｃｅｓｈａｖｅｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎａｄｉｖｅｒｓｅｒａｎｇｅｏｆｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇｔｈｅ

4、ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｏｐｔｉｃａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｍｂｓ．Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｍｂｆｉｒｓｔｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓａｄｉｒｅｃｔｌｉｎｋｂｅｔｗｅｅｎｍｉｃｒｏｗａｖｅａｎｄｏｐｔｉｃａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ，ｔｈｕｓｅｎａｂｌｉｎｇｔｈｅｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｏｆｔｉｍｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｂｈａｓｌｅｄｔｏａｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｉｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅｔｒｏｌｏｇｙａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏ

5、ｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｗｅｌｌｄｅｆｉｎｅｄｔｅｍｐｏｒａｌｃｏｈｅｒｅｎｃｅａｃｒｏｓｓｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｓｐｅｃｔｒｕｍｍａｋｅｓｉｔａｕｎｉｑｕｅｔｏｏｌｆｏｒｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｐｒｏｖｉｄｉｎｇｈｉｇｈｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｈｉｇｈｓｐｅｃｔｒａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｂｒｏａｄｓｐｅｃｔｒａｌｃｏｖｅｒａｇｅ．Ｔｈｉｓｔｕｔｏｒｉａｌｒｅｖｉｅｗｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

6、ｔｏｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｏｐｔｉｃａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｍｂｓ，ｃｏｖｅｒｉｎｇｔｈｅｉｒｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄａｄｖａｎｃｅｉｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅｔｒｏｌｏｇｙ，ａｂｓｏｌｕｔｅｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｉｍｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｒａｎｓｆｅｒ．Ｉｎｔｈｉ

7、ｓｗａｙｉｔａｉｍｓｔｏｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈｅｉｒｐｏｔｅｎｔｉａｌａｓａｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃｔｏｏｌｔｈａｔｃｏｕｌｄｐｌａｙａｖｅｒｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｒｏｌｅｉｎｆｕｔｕｒｅａｄｖａｎｃｅｓｉｎｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓｃｉｅｎｃｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｐｔｉｃａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｍｂｓ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ｕｌｔｒａｆａｓｔｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ［２］计量界的难题。早在１９７８年，ＥｃｋｓｔｅｉｎＪ．Ｎ．

8、等人曾提０引言出利用锁模激光的宽带相干特性测量激光频率的设想。［３５］这一想法在２０年后才最终得以实现：锁模激光器可在光频梳出现之前，谐波频率链可实现标准不确定以实现其纵模频率间隔等于脉冲的重复频率，且相干带［１］－１６［６］度优于１ｋＨｚ的绝对光学频率测量。但复杂的结构和宽内一致性可以达到１０量级。