หวีความถี่ออปติกโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าคืออะไร? ตอนที่ 1

หวีความถี่ออปติคัลคือสเปกตรัมที่ประกอบด้วยส่วนประกอบความถี่ที่มีระยะห่างเท่ากันหลายชุดบนสเปกตรัม ซึ่งสามารถสร้างได้โดยเลเซอร์ที่ล็อกโหมด ตัวเรโซเนเตอร์ หรือตัวปรับแสงไฟฟ้า. หวีความถี่แสงที่สร้างขึ้นโดยตัวปรับแสงไฟฟ้ามีคุณลักษณะของความถี่การทำซ้ำสูง การอบแห้งภายใน และกำลังไฟฟ้าสูง เป็นต้น ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการสอบเทียบเครื่องมือ การสเปกโตรสโคปี หรือฟิสิกส์พื้นฐาน และดึงดูดความสนใจของนักวิจัยมากขึ้นเรื่อยๆ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

เมื่อเร็วๆ นี้ Alexandre Parriaux และคนอื่นๆ จากมหาวิทยาลัย Burgendi ในฝรั่งเศสได้ตีพิมพ์บทความวิจารณ์ในวารสาร Advances in Optics and Photonics โดยแนะนำความก้าวหน้าทางการวิจัยล่าสุดและการประยุกต์ใช้หวีความถี่แสงที่สร้างขึ้นโดยระบบการมอดูเลตด้วยแสงไฟฟ้า:ซึ่งรวมถึงการแนะนำหวีความถี่แสง วิธีการและคุณลักษณะของหวีความถี่แสงที่สร้างขึ้นโดยตัวปรับแสงไฟฟ้าและในที่สุดก็แจกแจงรายการสถานการณ์การใช้งานของตัวปรับแสงไฟฟ้าหวีความถี่แสงอย่างละเอียด ครอบคลุมการประยุกต์ใช้สเปกตรัมความแม่นยำ การรบกวนของหวีแสงคู่ การสอบเทียบเครื่องมือ และการสร้างรูปคลื่นตามอำเภอใจ พร้อมอภิปรายหลักการเบื้องหลังการประยุกต์ใช้งานที่หลากหลาย สุดท้ายนี้ ผู้เขียนได้นำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับเทคโนโลยีหวีความถี่แสงแบบอิเล็กโทรออปติกโมดูเลเตอร์

01 พื้นหลัง

เดือนนี้เมื่อ 60 ปีที่แล้ว ดร. ไมแมน ได้ประดิษฐ์เลเซอร์ทับทิมขึ้นเป็นครั้งแรก สี่ปีต่อมา ฮาร์โกรฟ ฟ็อก และพอลแล็ค จากห้องปฏิบัติการเบลล์ในสหรัฐอเมริกา เป็นกลุ่มแรกที่รายงานการล็อกโหมดแบบแอคทีฟที่เกิดขึ้นในเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน สเปกตรัมเลเซอร์แบบล็อกโหมดในโดเมนเวลาแสดงเป็นการปล่อยพัลส์ ในโดเมนความถี่แสดงเป็นชุดของเส้นสั้นที่แยกจากกันและมีระยะห่างเท่ากัน ซึ่งคล้ายกับหวีที่เราใช้ในชีวิตประจำวัน เราจึงเรียกสเปกตรัมนี้ว่า "หวีความถี่ออปติคัล" หรือที่รู้จักกันในชื่อ "หวีความถี่ออปติคัล"

เนื่องจากหวีแสงมีแนวโน้มการใช้งานที่ดี รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี พ.ศ. 2548 จึงมอบให้แก่ฮันช์และฮอลล์ ผู้บุกเบิกผลงานด้านเทคโนโลยีหวีแสง นับแต่นั้นมา การพัฒนาหวีแสงจึงก้าวไปอีกขั้น เนื่องจากการใช้งานที่แตกต่างกันมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับหวีแสง เช่น กำลังไฟฟ้า ระยะห่างระหว่างเส้น และความยาวคลื่นกลาง จึงนำไปสู่ความจำเป็นในการใช้วิธีการทดลองที่แตกต่างกันเพื่อสร้างหวีแสง เช่น เลเซอร์แบบล็อกโหมด ไมโครเรโซเนเตอร์ และมอดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติคัล

รูปที่ 1 สเปกตรัมโดเมนเวลาและสเปกตรัมโดเมนความถี่ของหวีความถี่แสง
ที่มาของภาพ: หวีความถี่ไฟฟ้าออปติก

นับตั้งแต่มีการค้นพบหวีความถี่แสง หวีความถี่แสงส่วนใหญ่ผลิตขึ้นโดยใช้เลเซอร์แบบล็อกโหมด ในเลเซอร์แบบล็อกโหมด โพรงที่มีเวลาเดินทางไปกลับเท่ากับ τ จะถูกใช้เพื่อกำหนดความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างโหมดตามยาว เพื่อกำหนดอัตราการทำซ้ำของเลเซอร์ ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่างเมกะเฮิรตซ์ (MHz) ถึงกิกะเฮิรตซ์ (GHz)

หวีความถี่แสงที่สร้างโดยไมโครเรโซเนเตอร์นั้นอาศัยผลกระทบแบบไม่เชิงเส้น และเวลาเดินทางไปกลับถูกกำหนดโดยความยาวของไมโครคาวิตี้ เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วความยาวของไมโครคาวิตี้จะน้อยกว่า 1 มิลลิเมตร หวีความถี่แสงที่สร้างโดยไมโครคาวิตี้จึงมักอยู่ระหว่าง 10 กิกะเฮิรตซ์ถึง 1 เทราเฮิรตซ์ ไมโครคาวิตี้มีสามประเภทหลักๆ ได้แก่ ไมโครทูบูล ไมโครสเฟียร์ และไมโครริง เมื่อใช้ผลกระทบแบบไม่เชิงเส้นในเส้นใยนำแสง เช่น การกระเจิงแบบบริลลูอิน หรือการผสมสี่คลื่น ร่วมกับไมโครคาวิตี้ จะสามารถผลิตหวีความถี่แสงในช่วงหลายสิบนาโนเมตรได้ นอกจากนี้ หวีความถี่แสงยังสามารถสร้างได้โดยใช้ตัวปรับคลื่นอะคูสติกออปติกบางชนิด