光學頻率梳已經(jīng)成為繼超短脈沖激光問世之后激光技術(shù)領(lǐng)域又一重大突破。在該領(lǐng)域內(nèi)，開展開創(chuàng)性工作的兩位科學家J. Hall和T. W. H?nsch于2005年獲得了諾貝爾獎。原理上，光學頻率梳在頻域上表現(xiàn)為具有相等頻率間隔的光學頻率序列，在時域上表現(xiàn)為具有飛秒量級時間寬度的電磁場振蕩包絡(luò)，其光學頻率序列的頻譜寬度與電磁場振蕩慢變包絡(luò)的時間寬度滿足傅里葉變換關(guān)系。超短脈沖的這種在時域和頻域上的分布特性就好似我們?nèi)粘Ｋ玫氖嶙樱蜗蠡姆Q之光學波段的頻率梳，簡稱"光梳"。光梳相當于一個光學頻率綜合發(fā)生器，是迄今為止最有效的進行絕對光學頻率測量的工具，可將銫原子微波頻標與光頻標準確而簡單的聯(lián)系起來，為發(fā)展高分辨率、高精度、高準確性的頻率標準提供了載體，也為精密光譜、天文物理、量子操控等科學研究方向提供了較為理想的研究工具，逐漸被人們運用于光學頻率精密測量、原子離子躍遷能級的測量、遠程信號時鐘同步與衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域中。

　　獲得光梳的關(guān)鍵首先是實現(xiàn)穩(wěn)定的超短脈沖輸出，其次是實現(xiàn)對該超短脈沖序列在時域及頻域的精密控制，即對超短脈沖的載波包絡(luò)相位和激光脈沖重復(fù)頻率的控制。早期的光梳光源都是基于傳統(tǒng)的鈦寶石飛秒激光器構(gòu)建而成。美國天體物理聯(lián)合實驗室J. Hall教授等人首次利用自參考f-2f技術(shù)實現(xiàn)了載波包絡(luò)相位穩(wěn)定的鈦寶石鎖模激光器，這標志著飛秒光學頻率梳的誕生。

　　隨著激光技術(shù)的不斷革新及其應(yīng)用的逐步細分，鈦寶石激光器已越發(fā)無法滿足實際的應(yīng)用需求，其主要原因在于鈦寶石激光器的光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、成本昂貴，需要專業(yè)的維護人員。此外，鈦寶石激光器還必須安置于超凈環(huán)境中，需要獨立的水循環(huán)制冷和恒溫條件，以實現(xiàn)激光器的長期穩(wěn)定工作。激光器制造企業(yè)的維護人員需頻繁往返于其客戶之間，以幫助客戶解決激光器使用過程中出現(xiàn)的問題。特別是，當激光器的關(guān)鍵部件，如激光晶體或泵浦系統(tǒng)由于偶發(fā)因素損壞時，更換零部件往往需要三個月甚至半年以上。

　　近年，基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光纖超短脈沖激光器及光纖光梳逐漸走進了人們的視野。光纖激光器具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)緊湊、價格合理，且易于維護，解決了超短脈沖在用戶層面的窘境。光纖激光器作為第三代激光技術(shù)的代表，在科學研究及工業(yè)加工等應(yīng)用領(lǐng)域具有諸多明顯優(yōu)勢：光纖波導(dǎo)制造成本低；光纖的柔性及可纏繞性有利于實現(xiàn)激光器的小型化和模塊化；光纖無需激光晶體那樣嚴格的模式匹配或相位匹配；光纖激光器內(nèi)部僅有較少或者幾乎沒有光學鏡片，穩(wěn)定性極佳；光纖激光器全封閉的光路結(jié)構(gòu)能勝任惡劣的工作環(huán)境，對沖擊震蕩、濕度溫度、灰塵顆粒具有較高的容忍度；此外，光纖激光器具有較高的電光效率，電光效率可達20%以上，顯著節(jié)約了激光器的運行成本。

　　光纖的另一主要優(yōu)勢就是，通過選用各種摻雜的有源光纖和不同色散量及模場直徑傳輸光纖，光纖光源可以實現(xiàn)相比鈦寶石光源更寬光譜范圍的激光輸出，如1030nm波段的摻鐿光纖激光非線性展寬后可覆蓋600-1400nm，1560nm波段的摻鉺光纖激光非線性展寬后可覆蓋1000-2200nm，2.0μm波段的摻銩光纖激光非線性展寬后可覆蓋1350-2700nm。

　　超短脈沖光纖激光器及光纖光梳的產(chǎn)品化是光纖激光技術(shù)發(fā)展的源動力。國外早在1990年就開始了超短脈沖光纖激光器產(chǎn)品化的探索工作，并涌現(xiàn)出如IMRA、Calmar、Fiannium、Menlosystems、Toptica等著名公司。近年，在我國政府的引導(dǎo)下，科研領(lǐng)域的成果加速了成果轉(zhuǎn)化，一些高科技含量的超短脈沖光纖激光技術(shù)公司及產(chǎn)品陸續(xù)涌現(xiàn)，如上海朗研光電科技有限公司780nm、1064nm、1550nm等系列波長的超短脈沖激光器。

　　朗研780nm飛秒激光器LF7808

　　作為激光技術(shù)和計量科學的一個革命性的突破，光纖光梳有望極大地加速精密光譜和精密測量學的發(fā)展，為發(fā)展比原子微波鐘更精確的時間和頻率標準創(chuàng)造了條件，對物理常量的精確測定有重大意義。光梳的應(yīng)用初衷，是測量未知頻率。任何落在光梳頻率范圍內(nèi)的未知頻率都可以通過它與光梳之間的拍頻來測得其精確值。通過波長計粗略估計拍頻發(fā)生的頻率位置，然后再確定該拍頻的大小和符號，即可求得未知頻率的值，精確度可達10-14水平。其次，光梳可以用于研制光學原子鐘。飛秒光梳采用從微波頻率作為基準。如果采用相反的過程，從光學頻率外推至微波頻率，即將飛秒光梳鎖定到某個光學頻率基準以后，可用它來產(chǎn)生微波頻率范圍的時鐘基準。這種思想引發(fā)了光學原子鐘的誕生，它有可能提供高達10-18精度的時間頻率標準。第三個方面，可見及近紅外波段的光梳只能用于有限的原子離子族躍遷光譜測量，對于更多其他族的躍遷譜線則需要紫外波段的光梳或者阿秒光鐘來進行測量。阿秒光鐘不僅可以用于觀察化學反應(yīng)中分子和原子的運動，而且捕捉到電子從原子或離子脫離的過程。此外，鑒于光纖光梳的時頻域特性，其在絕對距離測量、反斯托克斯拉曼散射成像等方面有著極其重要的應(yīng)用。