Um pente de frequências ópticas é um espectro composto por uma série de componentes de frequência uniformemente espaçados no espectro, que podem ser gerados por lasers de modo travado, ressonadores oumoduladores eletro-ópticosPentes de frequência óptica gerados pormoduladores eletro-ópticosPossuem características como alta frequência de repetição, secagem interna e alta potência, entre outras, sendo amplamente utilizadas em calibração de instrumentos, espectroscopia ou física fundamental, e têm atraído cada vez mais o interesse de pesquisadores nos últimos anos.
Recentemente, Alexandre Parriaux e outros da Universidade de Burgendi, na França, publicaram um artigo de revisão na revista Advances in Optics and Photonics, apresentando sistematicamente os mais recentes avanços em pesquisa e aplicações de pentes de frequência óptica gerados por...modulação eletro-ópticaInclui a introdução ao pente de frequências ópticas, o método e as características do pente de frequências ópticas gerado pormodulador eletro-ópticoe, finalmente, enumera os cenários de aplicação demodulador eletro-ópticoEste artigo aborda detalhadamente o pente de frequências ópticas, incluindo sua aplicação em espectros de precisão, interferência de pentes ópticos duplos, calibração de instrumentos e geração de formas de onda arbitrárias, discutindo também o princípio por trás de diferentes aplicações. Por fim, o autor apresenta as perspectivas da tecnologia de pentes de frequências ópticas com moduladores eletro-ópticos.
01 Antecedentes
Neste mês, completam-se 60 anos desde que o Dr. Maiman inventou o primeiro laser de rubi. Quatro anos depois, Hargrove, Fock e Pollack, dos Laboratórios Bell, nos Estados Unidos, foram os primeiros a relatar o travamento de modo ativo alcançado em lasers de hélio-neônio. O espectro do laser com travamento de modo, no domínio do tempo, é representado como uma emissão de pulsos, enquanto no domínio da frequência consiste em uma série de linhas curtas, discretas e equidistantes, muito semelhantes aos pentes de frequência que usamos no dia a dia. Por isso, chamamos esse espectro de "pente de frequência óptica".
Devido ao grande potencial de aplicação dos pentes ópticos, o Prêmio Nobel de Física de 2005 foi concedido a Hansch e Hall, que realizaram trabalhos pioneiros nessa tecnologia. Desde então, o desenvolvimento dos pentes ópticos atingiu um novo patamar. Como diferentes aplicações apresentam diferentes requisitos para os pentes ópticos, como potência, espaçamento entre linhas e comprimento de onda central, surgiu a necessidade de utilizar diferentes meios experimentais para gerá-los, como lasers de modo travado, microrressonadores e moduladores eletro-ópticos.
FIGURA 1 Espectro no domínio do tempo e espectro no domínio da frequência de um pente de frequências ópticas
Fonte da imagem: Pentes de frequência eletro-ópticos
Desde a descoberta dos pentes de frequência óptica, a maioria deles tem sido produzida utilizando lasers de modo travado. Nesses lasers, uma cavidade com um tempo de percurso de ida e volta τ é utilizada para fixar a relação de fase entre os modos longitudinais, de modo a determinar a taxa de repetição do laser, que geralmente varia de megahertz (MHz) a gigahertz (GHz).
O pente de frequências ópticas gerado pelo microrressonador baseia-se em efeitos não lineares, e o tempo de percurso de ida e volta é determinado pelo comprimento da microcavidade. Como o comprimento da microcavidade geralmente é inferior a 1 mm, o pente de frequências ópticas gerado por ela situa-se geralmente entre 10 gigahertz e 1 terahertz. Existem três tipos comuns de microcavidades: microtubos, microesferas e microrings. Utilizando efeitos não lineares em fibras ópticas, como o espalhamento Brillouin ou a mistura de quatro ondas, combinados com microcavidades, é possível produzir pentes de frequências ópticas na faixa de dezenas de nanômetros. Além disso, pentes de frequências ópticas também podem ser gerados utilizando moduladores acusto-ópticos.
Data da publicação: 18/12/2023