מהו מסרק תדרים אופטי של מודולטור אלקטרו-אופטי? חלק ראשון

מסרק תדרים אופטי הוא ספקטרום המורכב מסדרה של רכיבי תדר במרווחים שווים על הספקטרום, אשר ניתנים לייצור על ידי לייזרים בעלי נעילת מצב, רזונטורים או...מודולטורים אלקטרו-אופטייםמסרקי תדר אופטיים שנוצרו על ידימודולטורים אלקטרו-אופטייםבעלי מאפיינים של תדירות חזרות גבוהה, ייבוש פנימי והספק גבוה וכו', הנמצאים בשימוש נרחב בכיול מכשירים, ספקטרוסקופיה או פיזיקה בסיסית, ומשכו את תשומת ליבם של יותר ויותר חוקרים בשנים האחרונות.

לאחרונה, אלכסנדר פריו ואחרים מאוניברסיטת בורגנדי בצרפת פרסמו מאמר סקירה בכתב העת Advances in Optics and Photonics, המציג באופן שיטתי את התקדמות המחקר והיישום העדכניים ביותר של מסרקי תדר אופטיים שנוצרו על ידיאפנון אלקטרו-אופטיזה כולל את ההקדמה של מסרק תדרים אופטי, השיטה והמאפיינים של מסרק תדרים אופטי שנוצר על ידימודולטור אלקטרו-אופטי, ולבסוף מונה את תרחישי היישום שלמודולטור אלקטרו-אופטימסרק תדרים אופטי בפירוט, כולל יישום של ספקטרום מדויק, הפרעות מסרק אופטי כפול, כיול מכשירים ויצירת צורות גל שרירותיות, ודן בעיקרון העומד מאחורי יישומים שונים. לבסוף, המחבר מציג את הסיכוי של טכנולוגיית מסרק תדרים אופטי מודולטור אלקטרו-אופטי.

01 רקע

החודש מלאו 60 שנה שד"ר מימן המציא את לייזר האודם הראשון. ארבע שנים לאחר מכן, הרגרוב, פוק ופולק ממעבדות בל בארצות הברית היו הראשונים לדווח על נעילת מצבים אקטיבית שהושגה בלייזרי הליום-ניאון. ספקטרום לייזר נעילת המצבים בתחום הזמן מיוצג כפליטת פולס, בתחום התדרים יש סדרה של קווים קצרים בדידים ובמרחק שווה, בדומה מאוד לשימוש היומיומי שלנו במסרקים, ולכן אנו קוראים לספקטרום זה "מסרק תדרים אופטי". מכונה גם "מסרק תדרים אופטי".

בשל סיכויי היישום הטובים של מסרק אופטי, פרס נובל לפיזיקה בשנת 2005 הוענק להאנש והול, אשר עשו עבודה חלוצה בטכנולוגיית מסרק אופטי, ומאז, פיתוח המסרק האופטי הגיע לשלב חדש. מכיוון שליישומים שונים יש דרישות שונות למסרקים אופטיים, כגון הספק, מרווח שורות ואורך גל מרכזי, הדבר הוביל לצורך להשתמש באמצעים ניסיוניים שונים כדי לייצר מסרקים אופטיים, כגון לייזרים נעולי מצב, מיקרו-רזונטורים ומודולטורים אלקטרו-אופטיים.

איור 1 ספקטרום תחום הזמן וספקטרום תחום התדר של מסרק תדרים אופטי
מקור תמונה: מסרקי תדר אלקטרו-אופטיים

מאז גילוי מסרקי התדר האופטיים, רוב מסרקי התדר האופטיים יוצרו באמצעות לייזרים בעלי נעילת מצב. בלייזרים בעלי נעילת מצב, חלל עם זמן הלוך ושוב של τ משמש לקביעת יחסי הפאזה בין המודים האורכיים, על מנת לקבוע את קצב החזרה של הלייזר, שיכול בדרך כלל לנוע בין מגה-הרץ (MHz) לגיגה-הרץ (GHz).

מסרק התדר האופטי שנוצר על ידי המיקרו-רזונטור מבוסס על אפקטים לא ליניאריים, וזמן הסיבוב נקבע על ידי אורך המיקרו-חלל, מכיוון שאורך המיקרו-חלל הוא בדרך כלל פחות מ-1 מ"מ, מסרק התדר האופטי שנוצר על ידי המיקרו-חלל הוא בדרך כלל 10 ג'יגה-הרץ עד 1 טרה-הרץ. ישנם שלושה סוגים נפוצים של מיקרו-חללים, מיקרוטובולים, מיקרו-כדורים ומיקרו-טבעות. באמצעות אפקטים לא ליניאריים בסיבים אופטיים, כגון פיזור ברילואן או ערבוב ארבעה גלים, בשילוב עם מיקרו-חללים, ניתן לייצר מסרקי תדר אופטיים בטווח של עשרות ננומטרים. בנוסף, ניתן לייצר מסרקי תדר אופטיים גם באמצעות מודולטורים אקוסטו-אופטיים מסוימים.