Un peine de frecuencias ópticas es un espectro compuesto por una serie de componentes de frecuencia igualmente espaciadas en el espectro, que pueden ser generados por láseres de bloqueo de modos, resonadores omoduladores electroópticosPeines de frecuencia óptica generados pormoduladores electroópticosPoseen características como alta frecuencia de repetición, secado interno y alta potencia, entre otras, lo que las hace ampliamente utilizadas en la calibración de instrumentos, la espectroscopia o la física fundamental, y han atraído cada vez más el interés de los investigadores en los últimos años.
Recientemente, Alexandre Parriaux y otros de la Universidad de Burgendi en Francia publicaron un artículo de revisión en la revista Advances in Optics and Photonics, introduciendo sistemáticamente los últimos avances de investigación y aplicaciones de peines de frecuencia óptica generados pormodulación electroóptica: Incluye la introducción del peine de frecuencias ópticas, el método y las características del peine de frecuencias ópticas generado pormodulador electroópticoy finalmente enumera los escenarios de aplicación demodulador electroópticoSe describe en detalle el peine de frecuencias ópticas, incluyendo su aplicación en espectros de precisión, interferencia de doble peine óptico, calibración de instrumentos y generación de formas de onda arbitrarias, y se analiza el principio subyacente a sus diversas aplicaciones. Finalmente, el autor presenta las perspectivas de la tecnología de peine de frecuencias ópticas con moduladores electroópticos.
01 Antecedentes
Este mes se cumplen 60 años de la invención del primer láser de rubí por el Dr. Maiman. Cuatro años después, Hargrove, Fock y Pollack, de los Laboratorios Bell en Estados Unidos, fueron los primeros en informar sobre el bloqueo de modos activo logrado en láseres de helio-neón. El espectro del láser de bloqueo de modos se representa en el dominio del tiempo como una emisión de pulsos, mientras que en el dominio de la frecuencia es una serie de líneas cortas discretas y equidistantes, muy similares a los peines que usamos a diario. Por eso, a este espectro lo llamamos "peine de frecuencia óptica".
Debido a las prometedoras aplicaciones de los peines ópticos, el Premio Nobel de Física de 2005 fue otorgado a Hansch y Hall, quienes realizaron un trabajo pionero en esta tecnología. Desde entonces, el desarrollo de los peines ópticos ha alcanzado una nueva etapa. Dado que las diferentes aplicaciones tienen requisitos distintos para los peines ópticos, como potencia, espaciado entre líneas y longitud de onda central, esto ha generado la necesidad de utilizar diferentes métodos experimentales para generarlos, como láseres de bloqueo de modos, microresonadores y moduladores electroópticos.
FIG. 1 Espectro en el dominio del tiempo y espectro en el dominio de la frecuencia del peine de frecuencias ópticas
Fuente de la imagen: Peines de frecuencia electroópticos
Desde el descubrimiento de los peines de frecuencia óptica, la mayoría se han producido utilizando láseres de bloqueo de modos. En estos láseres, se utiliza una cavidad con un tiempo de ida y vuelta τ para fijar la relación de fase entre los modos longitudinales, de modo que se determine la frecuencia de repetición del láser, que generalmente puede variar desde megahercios (MHz) hasta gigahercios (GHz).
El peine de frecuencias ópticas generado por el microresonador se basa en efectos no lineales, y el tiempo de ida y vuelta está determinado por la longitud de la microcavidad. Dado que la longitud de la microcavidad suele ser inferior a 1 mm, el peine de frecuencias ópticas generado por la microcavidad generalmente oscila entre 10 gigahercios y 1 terahercio. Existen tres tipos comunes de microcavidades: microtúbulos, microesferas y microranillos. Mediante el uso de efectos no lineales en fibras ópticas, como la dispersión de Brillouin o la mezcla de cuatro ondas, combinados con microcavidades, se pueden producir peines de frecuencias ópticas en el rango de las decenas de nanómetros. Además, también se pueden generar peines de frecuencias ópticas utilizando moduladores acustoópticos.
Fecha de publicación: 18 de diciembre de 2023