หวีปรับความถี่ออปติกแบบอิเล็กโทรออปติกคืออะไร? ตอนที่ 1

หวีความถี่ออปติคอลคือสเปกตรัมที่ประกอบด้วยส่วนประกอบความถี่ที่มีระยะห่างเท่ากันหลายชุดบนสเปกตรัม ซึ่งสามารถสร้างได้โดยเลเซอร์ที่ล็อกโหมด ตัวสะท้อนความถี่ หรือเครื่องควบคุมแสงไฟฟ้า. หวีความถี่แสงที่สร้างขึ้นโดยเครื่องควบคุมแสงไฟฟ้ามีคุณลักษณะของความถี่การทำซ้ำสูง การอบแห้งภายใน และกำลังไฟสูง ฯลฯ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการสอบเทียบเครื่องมือ การสเปกโตรสโคปี หรือฟิสิกส์พื้นฐาน และดึงดูดความสนใจจากนักวิจัยมากขึ้นเรื่อยๆ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

เมื่อไม่นานนี้ Alexandre Parriaux และคนอื่นๆ จากมหาวิทยาลัย Burgendi ในฝรั่งเศสได้ตีพิมพ์บทความวิจารณ์ในวารสาร Advances in Optics and Photonics โดยแนะนำความคืบหน้าในการวิจัยล่าสุดและการประยุกต์ใช้หวีความถี่แสงที่สร้างขึ้นโดยการมอดูเลชั่นด้วยแสงไฟฟ้า:ซึ่งรวมถึงการแนะนำของหวีความถี่แสง วิธีการและลักษณะของหวีความถี่แสงที่สร้างขึ้นโดยเครื่องปรับคลื่นแสงไฟฟ้าและในที่สุดก็จะระบุรายการสถานการณ์การใช้งานของเครื่องปรับคลื่นแสงไฟฟ้าหวีความถี่ออปติกโดยละเอียด รวมถึงการใช้สเปกตรัมความแม่นยำ การรบกวนหวีออปติกคู่ การสอบเทียบเครื่องมือ และการสร้างรูปคลื่นตามอำเภอใจ และอภิปรายหลักการเบื้องหลังการใช้งานที่แตกต่างกัน ในที่สุด ผู้เขียนจะกล่าวถึงแนวโน้มของเทคโนโลยีหวีความถี่ออปติกโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติก

01 พื้นหลัง

เมื่อ 60 ปีที่แล้วในเดือนนี้ ดร. ไมแมนได้ประดิษฐ์เลเซอร์ทับทิมตัวแรก สี่ปีต่อมา ฮาร์โกรฟ ฟ็อก และพอลแล็กแห่งห้องปฏิบัติการเบลล์ในสหรัฐอเมริกาเป็นคนแรกที่รายงานการล็อกโหมดแบบแอ็คทีฟที่ทำได้โดยใช้เลเซอร์ฮีเลียม-นีออน สเปกตรัมเลเซอร์ล็อกโหมดในโดเมนเวลาแสดงเป็นการปล่อยพัลส์ ในโดเมนความถี่เป็นชุดของเส้นสั้นที่แยกจากกันและมีระยะห่างเท่ากัน ซึ่งคล้ายกับการใช้หวีในชีวิตประจำวันของเรามาก ดังนั้นเราจึงเรียกสเปกตรัมนี้ว่า "หวีความถี่ออปติก" เรียกอีกอย่างว่า "หวีความถี่ออปติก"

เนื่องจากหวีออปติกมีแนวโน้มการใช้งานที่ดี รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2005 จึงมอบให้กับ Hansch และ Hall ซึ่งเป็นผู้บุกเบิกงานด้านเทคโนโลยีหวีออปติก นับจากนั้นเป็นต้นมา การพัฒนาหวีออปติกก็ได้ก้าวไปอีกขั้น เนื่องจากการใช้งานที่แตกต่างกันมีข้อกำหนดสำหรับหวีออปติกที่แตกต่างกัน เช่น กำลังไฟฟ้า ระยะห่างระหว่างเส้น และความยาวคลื่นกลาง ซึ่งทำให้จำเป็นต้องใช้วิธีการทดลองที่แตกต่างกันเพื่อสร้างหวีออปติก เช่น เลเซอร์แบบล็อกโหมด ไมโครเรโซเนเตอร์ และมอดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติก

รูปที่ 1 สเปกตรัมโดเมนเวลาและสเปกตรัมโดเมนความถี่ของหวีความถี่แสง
แหล่งที่มาของภาพ: หวีความถี่ไฟฟ้าออปติก

นับตั้งแต่มีการค้นพบหวีความถี่แสง หวีความถี่แสงส่วนใหญ่ผลิตขึ้นโดยใช้เลเซอร์ที่ล็อกโหมด ในเลเซอร์ที่ล็อกโหมด โพรงที่มีเวลาเดินทางไปกลับเท่ากับ τ จะถูกใช้เพื่อกำหนดความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างโหมดตามยาว เพื่อให้สามารถกำหนดอัตราการทำซ้ำของเลเซอร์ ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่างเมกะเฮิรตซ์ (MHz) ถึงกิกะเฮิรตซ์ (GHz)

หวีความถี่ออปติกที่สร้างโดยไมโครเรโซเนเตอร์นั้นขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้น และเวลาเดินทางไปกลับนั้นถูกกำหนดโดยความยาวของโพรงไมโคร เนื่องจากความยาวของโพรงไมโครโดยทั่วไปจะน้อยกว่า 1 มม. หวีความถี่ออปติกที่สร้างโดยไมโครโพรงจึงมักจะอยู่ที่ 10 กิกะเฮิรตซ์ถึง 1 เทราเฮิรตซ์ โพรงไมโครมีสามประเภททั่วไป ได้แก่ ไมโครทูบูล ไมโครสเฟียร์ และไมโครริง การใช้เอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นในใยแก้วนำแสง เช่น การกระเจิงบริลลูอินหรือการผสมสี่คลื่น ร่วมกับโพรงไมโคร สามารถผลิตหวีความถี่ออปติกในช่วงสิบนาโนเมตรได้ นอกจากนี้ ยังสามารถสร้างหวีความถี่ออปติกได้โดยใช้โมดูเลเตอร์อะคูสติกออปติกบางตัว