基于单腔光纤激光器的GHz级谐波双梳技术实现采集速率倍增
南京大学现代工程与应用科学学院徐飞教授团队在光纤激光技术领域取得突破性进展,提出了一种基于偏振复用的单腔光纤激光器架构,通过集成多功能器件FDCM(光纤耦合双梳反射镜),成功实现了GHz量级谐波双梳的稳定输出。该方案将传统单腔光纤双梳的等效重频差(Δfrep)提升至244kHz,较现有技术提高两个数量级,为高速测量领域提供了低成本、高集成度的解决方案。

光纤双梳技术因其相干性好、结构紧凑等优势,在光谱分析、精密测距等领域具有广阔应用前景。然而,传统单腔光纤双梳受限于腔长差异,重频差仅为数十Hz至数十kHz,难以满足高速动态场景的需求。相比之下,回音壁微腔虽可实现GHz级重频差,但光纤体系因增益和集成限制,突破高重频差瓶颈仍面临挑战。本研究通过引入异步谐波锁模机制,结合偏振复用技术,在单腔光纤架构内实现了高重频差双梳的稳定输出,为高速测量技术提供了新范式。
技术方案
研究团队设计了一种基于FabryPerot光纤腔的激光器系统,集成分布式布拉格反射镜(DBR)、掺铒光纤(EDF)和光纤耦合双梳反射镜(FDCM)。FDCM作为核心器件,兼具偏振多路复用和被动锁模功能,通过调整腔内偏振方向和半导体可饱和吸收镜(SESAM)的位置,实现了正交偏振光强的精确控制。
工作原理:
1.偏振分离与调控:通过双折射晶体分离正交偏振态,调节SESAM与晶体间距,动态分配光强。
2.异步谐波锁模:激发两组锁模脉冲,利用最小公倍数原理倍增等效Δfrep。
3.能量钳制效应:单孤子脉冲能量被有效限制,确保谐波锁模的稳定性。
关键突破
1.高重频与重频差:
基频383MHz,谐波锁模后重频提升至2.3GHz。
等效Δfrep达244kHz,较传统单腔光纤双梳提升100倍以上。
2.相干性与稳定性:
时域干涉图验证了双梳的高相干性。
Δfrep稳定性优异,40分钟内标准差仅为44.42Hz,无需复杂稳频系统。
3.灵活切换能力:
通过优化泵浦功率、偏振控制器(PC)状态和SESAM位置,可灵活切换谐波阶次,精确调控等效Δfrep。
应用价值
1.高速测量领域:244kHz的采集速率适用于快速测距、实时光谱分析及化学物质成分检测,例如生物医学成像和工业在线监测。
2.集成与成本优势:单腔结构紧凑,避免了微腔技术对高Q值的严苛要求,显著降低系统复杂度和成本。
3.未来拓展潜力:结合激光降噪和稳频技术,可进一步优化性能,拓展至量子通信、精密传感等前沿领域。
该研究通过偏振复用与异步谐波锁模技术的创新融合,在单腔光纤激光器中实现了GHz级谐波双梳的稳定输出,为高速测量技术提供了新的解决方案。未来,团队计划进一步探索多维度调控策略,提升双梳的频率覆盖范围和相位稳定性,推动光纤双梳技术在更多领域的实际应用。
该成果由南京大学现代工程与应用科学学院徐飞教授团队完成,主要成员包括汪国瑞、丁梓轩等。研究得到国家自然科学基金等项目的支持。
-
麻省理工学院突破光学原子钟小型化瓶颈:集成螺旋腔激光器实现芯片级原子询问
美国麻省理工学院林肯实验室WilliamLoh与RobertMcConnell团队在《NaturePhotonics》(2025年19卷3期)发表重大研究成果,成功实现基于集成超高品质因子螺旋腔激光器的光学原子钟原子询问,为光学原子钟走出实验室、实现真正便携化铺平了道路。这一突破标志着光学原子钟向全集成、可大规模制造的先进时钟系统迈出关键一步,有望彻底改变导航、大地测量和基础物理研究等领域的时间测量技术格局。
2026-04-08
-
手机长焦增距镜无焦光学系统MTF测试的空间频率换算研究
在手机成像技术向高倍长焦方向快速发展的背景下,手机长焦增距镜作为提升手机长焦拍摄能力的核心无焦光学器件,其成像质量的精准评价成为光学检测领域的重要课题。光学传递函数(MTF)是衡量光学系统成像质量的核心指标,而手机长焦增距镜属于望远镜类无焦光学系统,其MTF测试采用的角频率单位与常规无限-有限共轭光学系统的线频率单位存在本质差异。为实现两类单位的精准转换、保证MTF测试结果的有效性与实际应用价值,本文从无焦光学系统特性与测量工具出发,明确空间频率不同单位的核心属性,结合实际案例完成换算推导,梳理换算关键要点,为手机长焦增距镜的MTF检测及光学性能评价提供严谨的技术参考。
2026-04-08
-
非线性光学晶体:现代激光技术的核心功能材料
非线性光学晶体作为实现激光频率转换、光束调控及光场非线性效应的关键功能材料,突破了传统激光器件输出波长受限的技术瓶颈,是支撑紫外/深紫外激光、中红外激光、超快激光及量子光源等先进激光系统发展的核心基础部件。本文系统阐述非线性光学效应的物理机制、主流非线性光学晶体的材料特性与相位匹配技术,梳理其在科研探测、精密制造、生物医疗、光通信及国防安全等领域的典型应用,并展望该类材料未来的发展方向,为相关领域技术研究与工程应用提供参考。
2026-04-08
-
波前像差、点扩散函数(PSF)与调制传递函数(MTF)的关联解析
在光学成像领域,波前像差(WavefrontAberration)、点扩散函数(PointSpreadFunction,PSF)与调制传递函数(ModulationTransferFunction,MTF)是描述光学系统成像质量的核心参数。三者相互关联、层层递进,共同决定了系统的最终成像效果与视觉质量,但其内在联系常令初学者困惑。本文将从概念本质出发,系统解析三者的关联逻辑,结合具体实例深化理解,为相关领域的学习与应用提供清晰指引。
2026-04-07
-
非硅特种材料精密划片工艺技术方案
在半导体封装、光学器件、电子元器件等高端制造领域,蓝宝石、玻璃、陶瓷等非硅特种材料的应用日益广泛。此类材料物理特性与传统硅片差异显著,常规硅片划片工艺无法直接适配,易出现崩边、裂纹、刀具损耗大、良品率偏低等问题。结合材料特性与实际量产经验,针对蓝宝石、玻璃、陶瓷三大类核心材料,形成专业化精密划片工艺解决方案。
2026-04-07
