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雙光梳絕對光頻量測

諾貝爾級的關鍵技術

Optical Frequency
Comb Nobel Prize Worthy Technology

王秀芳
 

度量衡的發展,對於人類文明來說可謂十分重要,
舉凡時間、長度、重量、座標、溫度、濕度等,都能
影響人類社會的活動與秩序。所以從古至今,
人們不僅統一時鐘與尺的刻度,確立重量的計量單位,
也測量出座標、溫濕度的衡量標準, 而且還要不斷追求精準。
而今,面對沒有刻度的雷射光譜學頻率量測,
工研院的雙光梳絕對光頻量測技術,不只準確,還要做到超精確!

 
 
斥在日常生活中的度量衡單位,如公尺、公斤、公里……等等,我們都習以為常,但就是有了這些計算單位,社會才能井然有序運作,減少不必要的紛擾。舉個淺顯的例子:公有市場放置了「公秤」,讓斤兩問題有了公判,因此市場每天的買賣能安然進行。但在基礎科學界,一套簡易又精確的光頻量測方法――就像人類社會的度量衡單位一般,卻讓科學家傷透了腦筋幾十年!

隨著科技的演進,訊號的傳輸方式從較早的微波傳送,逐漸轉變成為具有更高效率的光傳輸,為確保傳輸品質,其中光頻率的量測顯得格外重要。雖然光頻量測與人們日常生活的關連性看似不高,但科學家們仍努力不懈地積極發展光頻量測,無非就是希望促進基礎科學研究的進步與精確度,以達到科學發展最終的目的:造就人類福祉。

現在,工研院量測技術發展中心研發的「雙光梳絕對光頻量測技術」,便可以讓科學家們少長許多華髮。工研院量測中心標準與技術發展組,長度研究室研究員彭錦龍博士表示,「雙光梳絕對光頻量測技術」採用飛秒鎖模雷射技術,不但可以更簡易、更精準地測量光頻率,而且還易於攜帶。儘管光頻率的量測技術目前多使用在基礎科學界,但是未來的應用範圍很大。

 

與諾貝爾大師並駕齊驅

目前在國際上,已有德國Menlo Systems公司,將雷射光梳測頻系統導入商業化市場。這家公司是由2005年的諾貝爾物理獎得主韓希(Theodor W. Hänsch)等人在2001年成立,同樣是採用雷射光梳頻率(optical frequency comb)技術。最近韓國的標準實驗室KRISS(Korea Research Institute of Standard and Science),便以新台幣1,200萬元向Menlo採購雷射光頻量測儀器。

既然雷射光頻量測儀器已有了領導廠商,那麼,台灣的「雙光梳絕對光頻量測技術」的競爭優勢又在哪裡?

「雙光梳是關鍵,」彭錦龍表示,工研院採用「兩台」光梳的飛秒鎖模雷射來量測光頻率,稱得上是全世界首用、首開發。光梳就像是一把量測頻率的尺,但是這把尺上並沒有刻度,如何把刻度標定出來呢?雙光梳的技巧提供了簡便的解決方法。彭錦龍進一步解釋,雙光梳的原理有點類似游標卡尺的主尺與副尺,主、副尺有不同的刻度。這樣的好處是在量測時,刻度的標定不會受到待測雷射頻率擾動的干擾,可以準確地將頻率刻度標定出來。

彭錦龍說,要簡化光梳光頻量測系統,高重複率可以有較佳的優勢,而製造高重複率就是know-how所在。以Menlo所推出的光纖雷射光梳系統為例,其重複率為250MHz,而雙光梳絕對光頻量測技術已可與其並駕齊驅,「到2010年,我們將採用非線性偏極旋轉技術,達到500MHz的重複率,」彭錦龍自信地說。

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