飛秒技術應用實例 光頻梳 精準更勝原子鐘
更新日期:2008/11/23 10:22 【中國時報 陳至中／專題報導】
科學家追求更精確的時間標準，一種稱為「光頻梳」的新型雷射出現，實現了這個可能。光頻梳由等間隔的脈衝雷射波組成，頻譜看起來就像是整齊排列的梳齒，可運用於精準的原子鐘、GPS系統、雷射雷達，甚至是醫療檢查儀器，應用潛力無窮。
簡單來講，光頻梳就是利用鎖模雷射產生超短光脈衝，特色是相鄰脈衝波時間間隔一模一樣，清大物理系教授施宙聰表示，光頻梳就像是一把擁有精密刻度的尺或計時器，只不過一般的儀器以毫米、毫秒為單位，而光頻梳在長度的測量上精確勝過奈米，時間則勝過飛秒、甚至達到阿秒。
施宙聰表示，科學家很早就瞭解到光頻梳的概念，但鎖模雷射產生的頻梳線，雖然兩兩頻梳線的間隔極為準確，卻因雷射腔之穩定不易，造成每一根頻梳線的絕對頻率，皆會隨時間做一樣的偏移。這就像一把刻度精密的梳子，卻不斷地晃動，如此拿來量東西，就不夠精確。
科學家想到一個好辦法來解決偏移的問題，研究人員將光頻梳低頻率部分通過一個晶體，產生兩倍頻的光頻梳譜線，與原本的譜線相差正好一個偏移頻率，結合兩者，就能「自我校正」光頻梳，以此得出準確的頻率。
校正後的光頻梳應用廣泛，除了作為準確的光學原子鐘，由於可靈敏偵測空氣分子，未來也能發展出醫療偵測儀器，病人只要呼一口氣，就能得知氣體中的各種分子，例如氨可能與腎臟問題有關，乙烷則和部分癌症有關連，較現有的檢查方式便利許多。
另外，光頻梳的頻寬極大，也可以「時域多工」的方式運用於通訊科技。清大光電所黃承彬教授表示，若一個電視頻道需100萬赫茲，相當於每秒個脈衝即能容納一個頻道，如光頻梳的脈衝寬度為秒（即10個飛秒），兩相乘可得，一條運用光頻梳科技的光纖電纜，理想情況下，就能傳遞（100萬）個頻道。
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