超快飛秒光學(xué)新工具！單腔雙光梳的厚膜檢測應(yīng)用前景

介紹

單腔雙光梳技術(shù)是近年來光學(xué)領(lǐng)域備受矚目的研究方向之一。這項技術(shù)不僅在光譜分析、激光測距、厚膜檢測、泵浦探測等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景，還為研究精密光譜學(xué)、量子光學(xué)、光子學(xué)等提供了全新的研究平臺。

正文

單腔雙光梳技術(shù)是近年來光學(xué)領(lǐng)域備受矚目的研究方向之一。它利用了光學(xué)微腔的特殊結(jié)構(gòu)和雙光梳的高度頻率穩(wěn)定性，實現(xiàn)了在單個微腔中同時產(chǎn)生兩個頻率間隔均勻的光學(xué)頻率梳。這項技術(shù)不僅在光譜分析、激光測距、厚膜檢測、泵浦探測等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景，還為研究精密光譜學(xué)、量子光學(xué)、光子學(xué)等提供了全新的研究平臺。

厚膜檢測——利用太赫茲時域光譜檢測材料

太赫茲時域光譜是一種用于表征材料并分析其在太赫茲頻率范圍內(nèi)的特性的技術(shù)。該頻率范圍令人充滿興趣，因為許多工業(yè)相關(guān)材料是半透明或者具有清晰的光譜特征。太赫茲時域光譜的工作原理是發(fā)射太赫茲輻射短脈沖，并測量脈沖穿過樣本并返回所需的時間。通過分析返回脈沖的特性，可以獲得有關(guān)樣品成分、結(jié)構(gòu)和動力學(xué)的各類重要信息。

在汽車行業(yè)中，太赫茲時域光譜常用于非接觸式測量油漆厚度。這些測量對于確保質(zhì)量和檢測涂層不均勻、分層等潛在問題至關(guān)重要。同樣，太赫茲時域光譜可用于檢查飛機上的功能涂層，例如防腐或熱障涂層。太赫茲時域光譜在其他領(lǐng)域也很有用，例如可用于研究各種材料的光學(xué)和電子特性，包括半導(dǎo)體、聚合物、陶瓷和復(fù)合材料，有助于確定它們的折射率、電導(dǎo)率和其他基本參數(shù)。

挑戰(zhàn)

實現(xiàn)高性能太赫茲時域光譜系統(tǒng)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是光學(xué)延遲掃描。傳統(tǒng)的太赫茲系統(tǒng)一直使用機械光學(xué)延遲線，但這樣通常需要在掃描速度和掃描范圍之間進行權(quán)衡。長距離的高速移動是這些機械設(shè)備的重大挑戰(zhàn)。

太赫茲時域光譜系統(tǒng)經(jīng)常應(yīng)用于檢查厚度的光學(xué)系統(tǒng)之中，其中反射光需要被較大的光學(xué)延遲所分開，同時，系統(tǒng)也需要足夠的光譜分辨率來解析光譜特征。快速的光學(xué)延遲掃描在滿足這兩個要求方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

通過快速光學(xué)延遲線，太赫茲系統(tǒng)可以部署在快速點掃描應(yīng)用和需要在短時間內(nèi)檢查大表面區(qū)域的工廠中。在這些場景中，機械的光學(xué)延遲通常難以實現(xiàn)高吞吐量的性能要求。

采用單腔雙梳的太赫茲系統(tǒng)應(yīng)用

單腔雙梳激光器為實現(xiàn)快速、精確的光學(xué)延遲掃描提供了引人注目的解決方案，消除了機械延遲級的限制。其共同噪聲抑制確保了時間軸上的亞飛秒精度。這種對脈沖延遲的精確控制可以實現(xiàn)高分辨率光譜和材料特性的準確測定。單腔雙梳的GHz重復(fù)率可實現(xiàn)納秒級的光學(xué)延遲掃描，這非常適合具有長延遲掃描需求的應(yīng)用，但它又避免了在沒有信號的區(qū)域中浪費測量時間，這通常是低重復(fù)率雙激光系統(tǒng)遇到的問題。

此外，單腔雙梳激光器的短脈沖特性有利于太赫茲時域光譜的寬光譜覆蓋，短脈沖頻率梳可以在高效光電導(dǎo)天線 (PCA) 的幫助下轉(zhuǎn)換為寬帶太赫茲脈沖，從而在較寬的帶寬內(nèi)提供詳細的光譜信息。這種太赫茲頻率的綜合表征能力能夠識別材料的特定分子和結(jié)構(gòu)特征。

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