مشط التردد البصري هو طيف مكون من سلسلة من مكونات التردد المتباعدة بالتساوي على الطيف، والتي يمكن إنشاؤها بواسطة الليزر المقفل بالوضع أو الرنانات أوالمعدلات الكهروضوئية. أمشاط التردد الضوئية التي تم إنشاؤها بواسطةالمعدلات الكهروضوئيةتمتلك هذه المواد خصائص التردد العالي والتجفيف الداخلي والطاقة العالية وما إلى ذلك، والتي تستخدم على نطاق واسع في معايرة الأجهزة أو التحليل الطيفي أو الفيزياء الأساسية، وقد جذبت اهتمام المزيد والمزيد من الباحثين في السنوات الأخيرة.
في الآونة الأخيرة، نشر ألكسندر باريو وآخرون من جامعة بورغندي في فرنسا ورقة مراجعة في مجلة Advances in Optics and Photonics، حيث قدموا بشكل منهجي أحدث التقدم البحثي وتطبيق أمشاط التردد الضوئية التي تم إنشاؤها بواسطةالتعديل الكهروضوئي:يتضمن مقدمة لمشط التردد البصري، وطريقة وخصائص مشط التردد البصري الناتج عنمعدِّل كهروضوئيوأخيرًا يقوم بإحصاء سيناريوهات التطبيقمعدِّل كهروضوئييتناول هذا الكتاب بالتفصيل مشط التردد الضوئي، بما في ذلك تطبيق طيف الدقة، وتداخل المشط الضوئي المزدوج، ومعايرة الأجهزة، وتوليد أشكال الموجات العشوائية، ويناقش مبدأ التطبيقات المختلفة. وأخيرًا، يستعرض المؤلف آفاق تقنية مشط التردد الضوئي للمُعدِّل الكهروضوئي.
01 الخلفية
في مثل هذا الشهر، قبل ستين عامًا، اخترع الدكتور مايمان أول ليزر ياقوت. وبعد أربع سنوات، كان هارجروف وفوك وبولاك من مختبرات بيل في الولايات المتحدة أول من أبلغ عن تقنية تثبيت الوضع النشط التي تحققت في ليزرات الهيليوم-نيون. يُمثَّل طيف ليزر تثبيت الوضع في المجال الزمني بانبعاث نبضي، بينما يُمثَّل في المجال الترددي بسلسلة من الخطوط القصيرة المنفصلة والمتساوية البعد، وهو ما يُشبه إلى حد كبير استخدامنا اليومي للأمشاط، ولذلك نُطلق على هذا الطيف اسم "مشط التردد البصري". ويُشار إليه أيضًا باسم "مشط التردد البصري".
نظراً لآفاق التطبيقات الواعدة للمشط الضوئي، مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء عام ٢٠٠٥ لكلٍّ من هانش وهول، اللذين قدما عملاً رائداً في تقنية المشط الضوئي. ومنذ ذلك الحين، بلغ تطوير المشط الضوئي مرحلةً جديدة. ونظراً لاختلاف متطلبات التطبيقات المختلفة للمشط الضوئي، مثل الطاقة، وتباعد الأسطر، والطول الموجي المركزي، فقد أدى ذلك إلى الحاجة إلى استخدام وسائل تجريبية مختلفة لإنتاج المشط الضوئي، مثل الليزر المقفل بالوضع، والمرنانات الدقيقة، والمُعدِّل الكهروضوئي.
الشكل 1 طيف المجال الزمني وطيف المجال الترددي لمشط التردد البصري
مصدر الصورة: أمشاط التردد الكهروضوئية
منذ اكتشاف أمشاط التردد الضوئي، صُنعت معظمها باستخدام ليزرات ذات نمط مغلق. في هذه الليزرات، يُستخدم تجويف ذو زمن ذهاب وإياب τ لتحديد علاقة الطور بين الأنماط الطولية، وذلك لتحديد معدل تكرار الليزر، والذي يتراوح عادةً بين ميغاهرتز (MHz) وغيغاهرتز (GHz).
يعتمد مشط التردد الضوئي الناتج عن الرنان الدقيق على تأثيرات غير خطية، ويُحدد زمن الرحلة ذهابًا وإيابًا بطول التجويف الدقيق. ولأن طول التجويف الدقيق عادةً ما يكون أقل من 1 مم، فإن مشط التردد الضوئي الناتج عنه يتراوح عادةً بين 10 جيجاهرتز و1 تيراهرتز. هناك ثلاثة أنواع شائعة من التجاويف الدقيقة: الأنابيب الدقيقة، والكرات الدقيقة، والحلقات الدقيقة. باستخدام التأثيرات غير الخطية في الألياف الضوئية، مثل تشتت بريلوين أو الخلط رباعي الموجات، مع التجاويف الدقيقة، يمكن إنتاج أمشاط تردد ضوئي في نطاق عشرات النانومتر. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا توليد أمشاط تردد ضوئي باستخدام بعض مُعدّلات الصوت البصري.
وقت النشر: ١٨ ديسمبر ٢٠٢٣