Frequency Measurement and Control: Advanced Techniques and Future Trends

اندازه‌گیری فرکانس نوری یک زمینه بسیار چالش‌برانگیز از فیزیک تجربی است که در حال حاضر در حال رنسانس علاقه و تلاش است. انگیزه این تولد دوباره از دو جنبه مختلف ناشی می‌شود: نیازهای بسیار کاربردی سیستم‌های ارتباطی نوری مدرن با توان عملیاتی بالا، و نیازهای باطنی‌تر طیف‌سنجی لیزری با وضوح بالا. چالش ذاتی میدان از تمایل به دقت در اندازه گیری ناشی می شود. این نیاز مستلزم آن است که اندازه گیری نوری با اشاره به تعریف مورد توافق بین المللی فرکانس انجام شود: انتقال مایکروویو در اتم سزیم. در گذشته، تعداد کمی از آزمایشگاه‌ها موفق شده بودند با غلبه بر محدودیت‌های فناوری، این پل را بین حوزه‌های مایکروویو و نوری در یک شاهکار فوق‌العاده ایجاد کنند. رویکرد بسیار زیباتر و ساده‌تر اکنون با استفاده از پیشرفت‌هایی در اپتیک غیرخطی و لیزرهای قفل‌شده فمتوثانیه امکان‌پذیر شده است. استفاده از این رویکرد مدرن باید به عصر جدیدی منجر شود که در آن اندازه گیری فرکانس نوری رایج می شود. این متن اولین متنی است که به طور مفصل درباره توسعه زنجیره‌های فرکانس سنتی و نسل دوم همراه با فناوری توانمند آنها بحث می‌کند. بررسی های نوشته شده توسط برخی از با تجربه ترین محققان در زمینه های مربوطه خود به فناوری اندازه گیری فرکانس، از جمله استانداردهای مایکروویو و فرکانس نوری کم نویز و پایداری بالا، تکنیک های اندازه گیری و سنتز فرکانس نوری سنتی و نسل دوم، و شانه فرکانس نوری می پردازد. ژنراتورها این متن باید برای محققانی که تازه وارد حوزه سنجش فرکانس نوری می‌شوند یا به همان اندازه برای متخصصان با تجربه مفید باشد.

Optical frequency measurement is an extremely challenging field of experimental physics that is presently undergoing a renaissance of interest and endeavour. The motivation for this rebirth comes from two diverse fronts: the very practical needs of modern high-throughput optical communication systems, and from the more esoteric requirements of high-resolution laser spectroscopy. The inherent challenge of the field arises from the desire for accuracy in the measurement. This requirement demands that the optical measurement be made with reference to the internationally agreed defintion of frequency: a microwave transition in the cesium atom. In the past, a small number of laboratories had succeeded in providing this bridge between the microwave and optical domains in an outstanding feat of ingenuity, overcoming the limits of technology. A much more elegant and simple approach has now become possible using developments in nonlinear optics and femtosecond mode-locked lasers. Application of this modern approach should lead to a new era in which optical frequency measurements become commonplace. This text is the first to discuss, in detail, the development of traditional and second-generation frequency chains together with their enabling technology. Reviews written by some of the most experienced researchers in their respective fields address the technology of frequency metrology, including low-noise and high-stability microwave and optical frequency standards, traditional and second-generation optical frequency measurement and synthesis techniques, and optical frequency comb generators. This text should prove useful to researchers just entering the field of optical frequency metrology or equally well to the experienced practitioner.