Un peine de frecuencias ópticas es un espectro compuesto por una serie de componentes de frecuencia equidistantes en el espectro, que pueden generarse mediante láseres de modo bloqueado, resonadores, omoduladores electroópticosPeines de frecuencia óptica generados pormoduladores electroópticosPoseen características como alta frecuencia de repetición, secado interno y alta potencia, entre otras, que se utilizan ampliamente en calibración de instrumentos, espectroscopia o física fundamental, y que han atraído el interés de un número creciente de investigadores en los últimos años.
Recientemente, Alexandre Parriaux y otros investigadores de la Universidad de Burgendi en Francia publicaron un artículo de revisión en la revista Advances in Optics and Photonics, presentando sistemáticamente los últimos avances en investigación y aplicaciones de los peines de frecuencia óptica generados pormodulación electroópticaIncluye la introducción al peine de frecuencias ópticas, el método y las características del peine de frecuencias ópticas generado pormodulador electroópticoy, finalmente, enumera los escenarios de aplicación demodulador electroópticoEste artículo analiza en detalle el peine de frecuencias ópticas, incluyendo la aplicación del espectro de precisión, la interferencia de doble peine óptico, la calibración de instrumentos y la generación de formas de onda arbitrarias, y discute el principio que subyace a las diferentes 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 con bloqueo de modos se representa en el dominio del tiempo como una emisión de pulsos, mientras que en el dominio de la frecuencia se manifiesta como una serie de líneas cortas discretas y equidistantes, muy similar a los peines de frecuencia que utilizamos habitualmente. Por ello, denominamos a este espectro «peine de frecuencias ópticas».
Debido a las prometedoras aplicaciones de los peines ópticos, el Premio Nobel de Física de 2005 fue otorgado a Hansch y Hall, pioneros en esta tecnología. Desde entonces, el desarrollo de los peines ópticos ha alcanzado una nueva etapa. Dado que las distintas aplicaciones presentan diferentes requisitos para los peines ópticos, como potencia, espaciado entre líneas y longitud de onda central, se ha hecho necesario emplear diversos métodos experimentales para generarlos, como láseres de modo bloqueado, 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 modo bloqueado. En estos láseres, se emplea una cavidad con un tiempo de recorrido de ida y vuelta τ para fijar la relación de fase entre los modos longitudinales, determinando así la frecuencia de repetición del láser, que generalmente oscila entre megahercios (MHz) y gigahercios (GHz).
El peine de frecuencias ópticas generado por el microresonador se basa en efectos no lineales, y su tiempo de recorrido 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 generalmente abarca desde 10 gigahercios hasta 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 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 es posible generar peines de frecuencias ópticas utilizando moduladores acustoópticos.
Fecha de publicación: 18 de diciembre de 2023