[发明专利]具有频率梳和同步方案的干涉仪

说明书

相关申请的引用

本申请要求2008年7月25日提交的美国临时申请No 61/083620的优先权，此处以引证的方式将其全部内容并入本公开中。

技术领域

本发明涉及干涉仪(interferometer)领域。本发明涉及一种干涉仪和用于在这种干涉仪中测量干涉的方法。

发明内容

本发明更具体地涉及一种干涉仪，该干涉仪包括：

1)第一频率梳，

2)适于与所述第一频率梳相互作用以便生成干涉的第二频率梳，

3)用于隔离所述第一频率梳的频率分量中的频率分量子集和所述第二频率梳的频率分量中的频率分量子集之间的差拍信号(beating signal)的装置。这种频率分量子集优选但非必要地是所述第一频率梳的单条谱线和所述第二频率梳的单条谱线，

4)用于监测这个差拍信号并将其用作记录所述第一频率梳的全部频率分量与所述第二频率梳的全部频率分量之间的差拍干涉信号的装置的触发器或时钟的装置。

本发明因此提供了一种具有基于监测条纹变化的触发方案的改进干涉仪。本文中描述的同步方法基于与频率梳不稳定性与时间的关系无关地确定两个频率梳的窄带部分的差拍频率和使用对允许利用新格栅来采样干涉信号的触发器或时钟方案的了解。

根据本发明第二方面，提供了一种用于分析具有光谱吸收和光谱色散特征的样本的干涉方法。该干涉方法包括：

1)探查正在研究的样本的第一频率梳，

2)适于与该第一频率梳相互作用以便生成干涉的第二频率梳。该第二频率梳可以探测所述样本或者可以不探测所述样本，

3)用于隔离所述第一频率梳的频率分量中的频率分量子集和所述第二频率梳的频率分量中的频率分量子集之间的差拍信号的装置。这种频率分量子集优选但非必要地是所述第一频率梳的单条谱线和所述第二频率梳的单条谱线，

4)用于监测作为时间函数的这个差拍信号并将其用作记录所述第一频率梳的全部频率分量与所述第二频率梳的全部频率分量之间的所述差拍干涉信号的装置的触发器或时钟的装置，

5)用于利用在4)中描述的信号作为时钟或作为触发器来记录所述第一频率梳的全部频率分量与所述第二频率梳的全部频率分量之间的所述差拍干涉信号的装置。

背景技术

光学频率梳(FC：Frequency Comb)是一种光谱，其由相位相干等距激光线组成。从例如R.Holzwarth、J.Reichert、T.Udem、T.W.在2004年的美国专利6785303“Generation of stabilized，ultra-short light pulses and the use thereof for synthesizing optical frequencies”或R.Holzwarth、T.Udem、T.W.在2006年的美国专利7026594“Method and device for producing radio frequency waves”等专利或T.Udem、R.Holzwarth、T.W.在Nature 416，233(2002)上发表的“Opticalfrequency metrology”可知，频率梳在本领域中是公知的，并且最常用于频率计量。

从例如Keilmann等人在OptLett.29，1542-1544(2004)上发表的“Time-Domain mid-infrared frequency comb spectrometer”或Schiller，S.在Opt.Lett.27，766-768(2002)上发表的“Spectrometry with frequency combs”中，基于两个频率梳的干涉仪在本领域中也是公知的。在这些系统中，记录了具有稍微不同的重复率(repetition rate)的两个相似频率梳之间的时域干涉图案。其关键是对表征所关注的光谱的光学频率进行降频转换以允许进行实际测量。可以使用单个检测器来记录被称作干涉图的数据(通常是时间的函数)。可以出于光谱的目的而对该干涉图进行傅里叶变换。由于这种干涉仪不包含运动部件，因此其可能导致非常快速的采集时间。

如果将第一梳表达为：

f₀₁+n.f_rep1

并且将第二梳表达为：

f₀₂+n.f_rep2