Un peigne de fréquences optiques est un spectre composé d'une série de composantes de fréquence régulièrement espacées, qui peuvent être générées par des lasers à modes verrouillés, des résonateurs oumodulateurs électro-optiques. Peignes de fréquences optiques générés parmodulateurs électro-optiquesElles possèdent des caractéristiques telles qu'une fréquence de répétition élevée, un séchage interne et une puissance élevée, etc., qui sont largement utilisées dans l'étalonnage des instruments, la spectroscopie ou la physique fondamentale, et qui ont suscité un intérêt croissant chez les chercheurs ces dernières années.
Récemment, Alexandre Parriaux et d'autres chercheurs de l'Université de Burgendi en France ont publié un article de synthèse dans la revue Advances in Optics and Photonics, présentant de manière systématique les dernières avancées de la recherche et les applications des peignes de fréquences optiques générés parmodulation électro-optique: Il comprend l'introduction du peigne de fréquences optiques, la méthode et les caractéristiques du peigne de fréquences optiques généré parmodulateur électro-optique, et enfin énumère les scénarios d'application demodulateur électro-optiqueCet article décrit en détail le peigne de fréquences optiques, notamment ses applications en matière de spectre de précision, d'interférence à double peigne optique, d'étalonnage d'instruments et de génération de formes d'onde arbitraires, et expose les principes sous-jacents à ses différentes applications. Enfin, l'auteur présente les perspectives offertes par la technologie des peignes de fréquences optiques à modulation électro-optique.
01 Contexte
Il y a 60 ans ce mois-ci, le Dr Maiman inventait le premier laser rubis. Quatre ans plus tard, Hargrove, Fock et Pollack, des laboratoires Bell aux États-Unis, étaient les premiers à annoncer le verrouillage de modes actif obtenu dans les lasers hélium-néon. Le spectre d'un laser à verrouillage de modes est représenté dans le domaine temporel par une émission d'impulsions, et dans le domaine fréquentiel par une série de raies courtes, discrètes et équidistantes, très similaires aux peignes de fréquences que nous utilisons quotidiennement. C'est pourquoi nous appelons ce spectre « peigne de fréquences optiques ».
Grâce aux excellentes perspectives d'application des peignes de fréquences optiques, le prix Nobel de physique a été décerné en 2005 à Hansch et Hall, pionniers dans ce domaine. Depuis lors, le développement des peignes de fréquences optiques a franchi une nouvelle étape. Les exigences des différentes applications, telles que la puissance, l'espacement des raies et la longueur d'onde centrale, ont conduit à l'utilisation de divers moyens expérimentaux pour générer ces peignes, comme les lasers à modes verrouillés, les microrésonateurs et les modulateurs électro-optiques.
Figure 1. Spectre temporel et spectre fréquentiel d'un peigne de fréquences optiques
Source de l'image : Peignes de fréquences électro-optiques
Depuis la découverte des peignes de fréquences optiques, la plupart d'entre eux sont produits à l'aide de lasers à modes verrouillés. Dans ces lasers, une cavité dont le temps de parcours aller-retour est τ permet de fixer la relation de phase entre les modes longitudinaux, déterminant ainsi la fréquence de répétition du laser, généralement comprise entre le mégahertz (MHz) et le gigahertz (GHz).
Le peigne de fréquences optiques généré par le microrésonateur repose sur des effets non linéaires. Le temps de parcours aller-retour est déterminé par la longueur de la microcavité. Celle-ci étant généralement inférieure à 1 mm, le peigne de fréquences optiques généré se situe généralement entre 10 gigahertz et 1 térahertz. Il existe trois types courants de microcavités : les microtubules, les microsphères et les microrings. En exploitant les effets non linéaires dans les fibres optiques, tels que la diffusion Brillouin ou le mélange à quatre ondes, et en les combinant avec des microcavités, il est possible de produire des peignes de fréquences optiques de l'ordre de la dizaine de nanomètres. Par ailleurs, certains modulateurs acousto-optiques permettent également de générer des peignes de fréquences optiques.
Date de publication : 18 décembre 2023