超快飞秒光学新工具！单腔双光梳的厚膜检测应用前景

介绍

单腔双光梳技术是近年来光学领域备受瞩目的研究方向之一。这项技术不仅在光谱分析、激光测距、厚膜检测、泵浦探测等领域具有重要应用前景，还为研究精密光谱学、量子光学、光子学等提供了全新的研究平台。

正文

单腔双光梳技术是近年来光学领域备受瞩目的研究方向之一。它利用了光学微腔的特殊结构和双光梳的高度频率稳定性，实现了在单个微腔中同时产生两个频率间隔均匀的光学频率梳。这项技术不仅在光谱分析、激光测距、厚膜检测、泵浦探测等领域具有重要应用前景，还为研究精密光谱学、量子光学、光子学等提供了全新的研究平台。

厚膜检测——利用太赫兹时域光谱检测材料

太赫兹时域光谱是一种用于表征材料并分析其在太赫兹频率范围内的特性的技术。该频率范围令人充满兴趣，因为许多工业相关材料是半透明或者具有清晰的光谱特征。太赫兹时域光谱的工作原理是发射太赫兹辐射短脉冲，并测量脉冲穿过样本并返回所需的时间。通过分析返回脉冲的特性，可以获得有关样品成分、结构和动力学的各类重要信息。

在汽车行业中，太赫兹时域光谱常用于非接触式测量油漆厚度。这些测量对于确保质量和检测涂层不均匀、分层等潜在问题至关重要。同样，太赫兹时域光谱可用于检查飞机上的功能涂层，例如防腐或热障涂层。太赫兹时域光谱在其他领域也很有用，例如可用于研究各种材料的光学和电子特性，包括半导体、聚合物、陶瓷和复合材料，有助于确定它们的折射率、电导率和其他基本参数。

挑战

实现高性能太赫兹时域光谱系统的关键挑战之一是光学延迟扫描。传统的太赫兹系统一直使用机械光学延迟线，但这样通常需要在扫描速度和扫描范围之间进行权衡。长距离的高速移动是这些机械设备的重大挑战。

太赫兹时域光谱系统经常应用于检查厚度的光学系统之中，其中反射光需要被较大的光学延迟所分开，同时，系统也需要足够的光谱分辨率来解析光谱特征。快速的光学延迟扫描在满足这两个要求方面发挥着至关重要的作用。

通过快速光学延迟线，太赫兹系统可以部署在快速点扫描应用和需要在短时间内检查大表面区域的工厂中。在这些场景中，机械的光学延迟通常难以实现高吞吐量的性能要求。

采用单腔双梳的太赫兹系统应用

单腔双梳激光器为实现快速、精确的光学延迟扫描提供了引人注目的解决方案，消除了机械延迟级的限制。其共同噪声抑制确保了时间轴上卓越的亚飞秒精度。这种对脉冲延迟的精确控制可以实现高分辨率光谱和材料特性的准确测定。单腔双梳的GHz重复率可实现纳秒级的光学延迟扫描，这非常适合具有长延迟扫描需求的应用，但它又避免了在没有信号的区域中浪费测量时间，这通常是低重复率双激光系统遇到的问题。

此外，单腔双梳激光器的短脉冲特性有利于太赫兹时域光谱的宽光谱覆盖，短脉冲频率梳可以在高效光电导天线 (PCA) 的帮助下转换为宽带太赫兹脉冲，从而在较宽的带宽内提供详细的光谱信息。这种太赫兹频率的综合表征能力能够识别材料的特定分子和结构特征。

审核编辑 黄宇