光学计时装置 Optical clockworks

2022-11-04 13:13:32 浏览:272

定义

可以将光学频率与微波频率相干相干的器件。

与机械发条类似,光学发条是一种相位相干地连接高频和低频的设备,可以作为光学时钟的核心成分。 较高频率是光学频率,即通常在数百太赫兹的范围内,而较低频率通常在微波区域(例如在1至100 GHz之间),因此可以使用快速电子设备进行处理,并且很容易与更低的频率相关联。 因此,光学发条可以将光学频率标准与电子频率标准联系起来,后者基于例如铯原子钟。

早期的光学时钟是频率链,涉及许多非线性级的复杂组合。 这些阶段中的每一个都将某个频率与该频率的某个倍数相关联,通常只是较低频率的两倍,或者具有一些已知的频率偏移。 这种频率链的建立和长时间稳定运行相当困难和昂贵。

图1:光学时钟的示意图设置,包含基于频率梳的光学发条。 发条装置用于比较光学和微波频率,从而将光学标准的卓越长期稳定性传递给电子时间信号。

非常宽带锁模激光器的出现使得通过更简单的光学时钟装置成为可能,因为这种激光器的输出是一个频率梳,其中发生的所有频率仅由两个参数决定:脉冲重复频率和载波包络偏移频率。 来自某个频率标准的光学频率(例如保罗阱中的单个离子)可以用载流子包络偏移频率、脉冲重复频率的某个整数倍和拍音频率的总和来表示,所有这些都可以用快速电子设备测量和处理。 因此,可以使用光学频率标准的卓越稳定性,对光学标准和铯钟的频率进行相位相干比较,并校正后者的定时信号。 图1显示了可以用这种方式实现的光学时钟的设置。 请注意,频率梳不一定必须自身稳定才能实现其功能[3]

有关更多详细信息,请参阅有关频率计量和频率梳的文章。

参考文献

[1] S. A. Diddams et al., “Direct link between microwave and optical frequencies with a 300 THz femtosecond laser comb”, Phys. Rev. Lett. 82 (18), 3568 (1999), doi:10.1103/PhysRevLett.82.3568
[2] R. Holzwarth et al., “Optical clockworks and the measurement of laser frequencies with a mode-locked frequency comb”, IEEE J. Quantum Electron. 37 (12), 1493 (2001), doi:10.1109/3.970894
[3] H. R. Telle et al., “Kerr-lens mode-locked lasers as transfer oscillators for optical frequency measurements”, Appl. Phys. B 74, 1 (2002), doi:10.1007/s003400100735
[4] S. T. Cundiff and Jun Ye, “Colloquium: Femtosecond optical frequency combs”, Rev. Mod. Phys. 75, 325 (2003), doi:10.1103/RevModPhys.75.325
[5] J. Ye et al., “Optical frequency combs: from frequency metrology to optical phase control”, J. Sel. Top. Quantum Electron. 9 (4), 1041 (2003), doi:10.1109/JSTQE.2003.819109
[6] J. E. Stalnaker et al., “Optical-to-microwave frequency comparison with fractional uncertainty of 10−15”, Appl. Phys. B 89, 167 (2008), doi:10.1007/s00340-007-2762-z

光学器件

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