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光学频率梳具体应用场景：光钟篇（频率梳如何应用于光钟？）

2025年12月05日 17:31

很多人很好奇光学频率梳的具体应用在哪，，今天浩敏光电小编就来分享光学频率梳在光钟（光学原子钟）中的具体应用方式。在这之前，我们先解释一下，什么是光学频率梳和光钟？

一、光学频率梳和光钟分别是什么意思？

光学频率梳是一种以频率为测量单位的”梳子”，其基本单位是赫兹。与普通梳子不同，光学频率梳在频域中的强度分布并非均匀，而是呈现类似高斯分布的形状，光频梳是一种特殊的超短脉冲激光器，类似于光的尺子，可将无线电和微波频率与光波频率连接起来。目前已经在光钟计时、天文学和宇宙学、精确测量、气体分析、医学诊断等方面有众多应用。

光钟（全称光学原子钟）是以原子在光波波段跃迁频率为基准的高精度计时装置，自2002年起成为国际计量科学新热点。其利用光学频率比传统微波原子钟高4-5个数量级的特性，可实现飞秒（千万亿分之一秒）量级的时间测量精度。

二、光频梳与光钟有什么联系？

浩敏光电光频梳研究与应用过程中总结，光频梳在光学原子钟应用中扮演的是光学频率综合和光频测量的角色，其核心作用是 “将无法直接测量的超高光学频率，精确地转换为我们能够计数和比较的微波频率”。没有光频梳，光学原子钟就只是一条无法读出的、世界上最精密的“尺子”。光频梳是那把让光钟“开口说话”的钥匙。它不仅是连接光学与微波的桥梁，更是连接基础科学尖端突破与未来革命性技术的纽带。光学频率梳频谱覆盖范围广，光频梳与光钟联系的具体步骤概括如下：

  1. 锁定；光频梳将光钟产生的超稳定参考激光（其频率 f_ref 已被锁定在原子/离子的钟跃迁谱线上），与光频梳中最近邻的一个梳齿进行拍频；
  2. 频率转换与分频（从光域到微波域）；经高速光电探测器探测出来，并由标准的电子频率计数器进行精确测量和计数；
  3. 产生时间信号；被锁定的 f_rep 信号，本身就具有极高的频率稳定度。通过电子分频器将其分频到例如 10 MHz 或 1 Hz，就得到了光钟最终输出的、用于授时和同步的标准时间频率信号。

由此可见光频梳在光学原子钟的作用非常重要，这个应用对光频梳的性能要求极端苛刻，要求光频梳频率稳定度要足够高，至少优于1E-16量级，目前国内生产光频梳的厂家中浩敏光电的光频率梳稳定度性能比较好，锁定带宽大且抗环境干扰能力强，能够支持实验需求。

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