光學(xué)標(biāo)尺的新設(shè)計(jì)可能會(huì)革新鐘表望遠(yuǎn)鏡等

　　正如可以使用具有數(shù)百個(gè)刻度線(xiàn)的量尺來(lái)高精度地測(cè)量距離一樣，一種被稱(chēng)為激光頻率梳的設(shè)備具有數(shù)百個(gè)均勻間隔且清晰定義的頻率，可以用來(lái)測(cè)量光波的顏色。非常精確。

　　這些梳子的微型版本小得足以裝在芯片上，因此得名，因?yàn)樗鼈兊囊唤M均勻間隔的頻率類(lèi)似于梳子的齒，從而使新一代原子鐘成為可能，從而大大增加了通過(guò)的信號(hào)數(shù)量光纖，以及在星光下辨別微小頻率變化的能力，這暗示著看不見(jiàn)的行星的存在。這些基于芯片的“微梳”的最新版本是由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)和加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校(UCSB)的研究人員創(chuàng)建的，有望通過(guò)改進(jìn)和改進(jìn)測(cè)量時(shí)間和頻率測(cè)量擴(kuò)展這些微型設(shè)備的功能。

　　在這些頻率微梳的核心處有一個(gè)光學(xué)微諧振器，這是一個(gè)圍繞人發(fā)寬度的環(huán)形裝置，來(lái)自外部激光的光在其中繞行數(shù)千次，直到形成高強(qiáng)度。通常由玻璃或氮化硅制成的微梳通常需要用于外部激光的放大器，這會(huì)使梳子復(fù)雜，麻煩且生產(chǎn)成本高。

　　NIST的科學(xué)家及其UCSB合作者已經(jīng)證明，由半導(dǎo)體鋁砷化鎵制成的微梳具有兩個(gè)必不可少的特性，這使它們特別有希望。新的梳子以低功率工作，因此不需要放大器，并且可以操縱它們以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的一組頻率-正是使用微芯片梳子作為靈敏工具來(lái)以極高的精度測(cè)量頻率所需要的。(這項(xiàng)研究是NIST芯片計(jì)劃的一部分。)

　　NIST科學(xué)家Gregory Moille說(shuō)，新開(kāi)發(fā)的微梳技術(shù)可以幫助工程師和科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行精確的光頻率測(cè)量。另外，可以通過(guò)類(lèi)似于已經(jīng)用于制造微電子技術(shù)的納米制造技術(shù)來(lái)大量生產(chǎn)微梳。

　　UCSB的研究人員領(lǐng)導(dǎo)了早期的工作，研究了由砷化鋁鎵構(gòu)成的微諧振器。由這些微諧振器制成的頻率梳僅需要由其他材料制成的設(shè)備的功率的一百分之一。但是，科學(xué)家們無(wú)法證明其關(guān)鍵特性-由這種半導(dǎo)體制成的微諧振器可以產(chǎn)生一組離散的，不變的或高度穩(wěn)定的頻率。

　　NIST團(tuán)隊(duì)通過(guò)將微諧振器放置在定制的低溫設(shè)備中來(lái)解決該問(wèn)題，該設(shè)備使研究人員能夠在比絕對(duì)零值低4度的溫度下探測(cè)該設(shè)備。低溫實(shí)驗(yàn)表明，激光產(chǎn)生的熱量與微諧振器中循環(huán)的光之間的相互作用是阻止設(shè)備產(chǎn)生成功運(yùn)行所需的高度穩(wěn)定頻率的唯一且唯一的障礙。

　　在低溫下，研究小組證明了它可以達(dá)到所謂的孤子狀態(tài)-在這種狀態(tài)下，不會(huì)改變形狀，頻率或速度的單個(gè)光脈沖在微諧振器內(nèi)循環(huán)。研究人員在六月出版的《激光與光子學(xué)評(píng)論》中描述了他們的工作。

　　對(duì)于這樣的孤子，頻率梳的所有齒彼此同相，因此它們可用作尺子，以測(cè)量光學(xué)時(shí)鐘，頻率合成或基于激光的距離測(cè)量中使用的頻率。

　　盡管一些最近開(kāi)發(fā)的低溫系統(tǒng)足夠小，可以在實(shí)驗(yàn)室外與新的微梳一起使用，但最終目標(biāo)是在室溫下操作該設(shè)備。新發(fā)現(xiàn)表明，科學(xué)家將不得不淬火或完全避免過(guò)度加熱以達(dá)到室溫運(yùn)行。