像許多自然科學(xué)一樣，激光物理學(xué)的核心是精確性。1981年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主Arthur Schawlow建議“除了頻率，不要測(cè)量任何東西”，光學(xué)頻率梳(OFC)因此可以被認(rèn)為是最準(zhǔn)確的頻率尺。今年是激光器誕生60周年，盡管OFC比激光器略年輕，但它在近20年中有了飛速的發(fā)展。

       OFC到底是什么?在最初的意義上，它是一個(gè)相位穩(wěn)定的鎖模激光器。這種激光器的第一個(gè)原型于1964年研制成功，它能產(chǎn)生連續(xù)的極短光脈沖序列，持續(xù)時(shí)間可達(dá)皮秒或飛秒。雖然激光的作用迫使具有相同能量和頻率的光子發(fā)射，但并不是所有的激光都是單色的，產(chǎn)生超短脈沖需要大量的腔模相干干擾。因此，鎖模激光器包含數(shù)百萬(wàn)個(gè)共振頻率，它們之間有固定的相位關(guān)系。然而，也有不同的機(jī)制可以產(chǎn)生OFCs，如電光調(diào)制或非線性介質(zhì)中的四波混頻。因此，OFC最好在頻域描述：頻譜由一系列等間隔的離散和銳頻線組成類似梳子的齒(如圖)。

因此，這種光源的光頻分量(或模式)的特征是梳齒之間的頻率分離，通常在微波范圍內(nèi)，并且有一個(gè)公共的偏移量，它完全表達(dá)了OFC的模式。這意味著微波頻率完全定義了光學(xué)頻率。因此，OFC直接將太赫茲范圍的光頻率轉(zhuǎn)換為兆赫到千兆赫范圍的微波頻率。由于這一驚人的特性，OFC為光學(xué)原子時(shí)鐘的開發(fā)提供了一種解決方案，在1999年成為了研究熱點(diǎn)。

       盡管人們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到，基于原子的光躍遷所預(yù)測(cè)的時(shí)鐘精度會(huì)有所提高，但這類光信號(hào)的測(cè)量卻面臨一個(gè)根本性的問(wèn)題，因?yàn)楣獾恼袷幩俣缺茸钕冗M(jìn)的電子設(shè)備快100萬(wàn)倍。因此，由于現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)的準(zhǔn)確性有限，潛在的增益就喪失了。OFC利用“齒輪”，通過(guò)梳狀的有規(guī)則間隔的齒將光時(shí)鐘的蕩除以齒數(shù)（通常在105到106之間）將信號(hào)傳輸?shù)轿⒉ㄓ虻妮^低頻率。這些振蕩可以用標(biāo)準(zhǔn)的微波技術(shù)來(lái)計(jì)算。因此，光學(xué)時(shí)鐘現(xiàn)在允許的保真度優(yōu)于1/10^18，比微波時(shí)鐘提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。精確分光鏡的這一基本進(jìn)步為Theodor H?nsch 和 John Hall贏得了2005年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

       OFCs作為頻率控制有著驚人的性能，其19位的準(zhǔn)確性可能不是完全顯而易見，但該工具也有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值，例如作為檢測(cè)化學(xué)物質(zhì)的高速光通信光源，或用于測(cè)量距離。OFC不僅在其應(yīng)用中不斷發(fā)展，而且作為一個(gè)系統(tǒng)，從桌面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向更小、更容易使用的集成結(jié)構(gòu)。盡管仍處于研究階段，但這種芯片大小的設(shè)備展示了商業(yè)應(yīng)用所需的緊湊性、穩(wěn)健性和簡(jiǎn)單性。