光频梳的频率稳定度可达10⁻¹²，在光谱分析、距离测量、频率标定等领域不可替代。但2024-2025年的研究进展表明，从实验室到应用仍有不少路要走。
一、技术本质与价值
光频梳的原理
光频梳本质上是一系列等间隔的频率线，就像一把精密的”光尺子”：
- 梳齿间距（重复频率fr）：通常100 MHz – 1 GHz
- 梳齿位置（偏移频率f0）：需要锁定
- 覆盖范围：可达倍频程以上
这使得光频梳可以：
- 精确测量光的频率
- 连接光学频率和微波频率
- 实现高精度光谱分析
TOPTICA DFC的定位
TOPTICA DFC（Dual Frequency Comb）的核心优势：
| 特性 | 传统光谱仪 | DFC | |——|———–|—–| | 分辨率 | 0.1 nm | MHz级 | | 测量速度 | 秒级 | 毫秒级 | | 绝对频率 | 需校准 | 直接测量 | | 成本 | 较低 | 较高 |
DFC特别适合快速、高精度的光谱测量，但价格昂贵（通常20万欧元以上），国内高校保有量有限。
二、技术演进的两个方向
微腔光频梳
2025年关于微腔孤子光频梳的研究指出，全锁定技术是实现稳定输出的关键：
- 泵浦频率锁定：保证泵浦激光器稳定
- 重复频率锁定：保证梳齿间距稳定
- 偏移频率锁定：保证梳齿位置稳定
微腔光频梳的优势是体积小、功耗低，适合集成化。但技术门槛高，需要精密的控制系统。
双光梳光谱
《基于双光梳干涉的时频传递实验数据仿真》2025年2月发表，核心是解决：
- 链路色散补偿
- 多普勒效应补偿
- 双向时频传递
双光梳技术的优势是快速测量，但对信号处理能力要求高。
三、应用门槛与突破
设备成本
光频梳系统的典型成本构成：
| 组件 | 成本 | 说明 | |——|——|——| | 锁模激光器 | 50-100万 | 核心光源 | | 频率锁定系统 | 20-50万 | fr、f0锁定 | | 参考钟 | 10-30万 | 氢钟或铯钟 | | 控制系统 | 10-20万 | 软硬件 |
总投入百万级，对很多高校是压力。
技术门槛
光频梳的稳定使用需要：
- 频率稳定与锁定专业知识
- 精密控制能力
- 信号处理算法
这不是”买来就能用”的设备，需要专业团队。
国产化进展
国内在光频梳领域的研究正在进步：
- 中科院、清华、北大等有相关研究
- 微腔光频梳有一定突破
- 但高端产品仍依赖进口
四、应用场景的现实
科学研究
- 原子分子光谱
- 基础物理常数测量
- 引力波探测
这是光频梳的传统应用领域，需求稳定但量小。
计量测试
- 长度计量（绝对距离测量）
- 时间频率传递
- 仪器校准
需求稳定增长，但对精度要求极高。
新兴应用
- 天文光谱仪定标
- 气体检测
- 生物医学成像
这些领域还在探索阶段，技术不够成熟。
五、HighFinesse WS8的角色
波长计的实用价值
HighFinesse WS8波长计在高校激光实验室中很实用：
- 快速波长验证（ms级）
- 高精度（MHz级）
- 宽波长范围（UV-NIR）
它是激光器的”体检设备”，可以快速验证激光器输出是否符合规格。
与光频梳的配合
光频梳可以作为波长计的校准源：
- 光频梳提供绝对频率参考
- 波长计提供快速测量
- 两者配合实现高精度、快速测量
六、高校布局建议
明确需求
光频梳不是”必需品”，很多场景可以用替代方案：
| 应用 | 光频梳方案 | 替代方案 | |——|———–|———-| | 光谱分析 | DFC | 传统光谱仪+校准 | | 频率测量 | 光频梳 | 波长计+参考源 | | 距离测量 | 双光梳 | 干涉仪 |
分阶段投入
- 第一阶段：波长计、参考钟
- 第二阶段：单一光频梳
- 第三阶段：双光梳系统
人才培养
光频梳需要交叉学科人才：
- 激光物理
- 频率控制
- 信号处理
- 软件编程
七、未来趋势
芯片化
从桌面设备向芯片集成：
- 硅基光子集成
- 异质集成
- 光电共封装
这可以大幅降低成本和体积。
集成化
- 光频梳+探测器
- 光频梳+光谱仪
- 光频梳+波长计
一体化系统可以降低使用门槛。
智能化
- 自动锁定
- 自动校准
- AI辅助优化
结语
光频梳是精度测量的”天花板”，但这个天花板的代价是高昂的成本和技术门槛。
TOPTICA、HighFinesse等国际厂商在高端产品上仍然领先，国内厂商在中端产品上正在追赶。高校在配置时需要明确：是否真的需要光频梳的精度？替代方案能否满足需求？
真正的竞争力不在于拥有最贵的设备，而在于针对特定应用场景的解决方案设计。
