飛秒光學梳技術係指在頻域上產生一組等頻率間隔之光譜譜線。而利用在頻率上等間隔之特性,可在光通信、光譜分析感測、頻率計量、射譜產生及精準距離量測上有著極大的應用。在過去常利用以飛秒鎖模雷射(如傳統鈦藍寶石雷射)為基礎產生光學梳。然而,鎖模雷射或射頻元件調變所產生之光學梳系統需要相當大的體積及重量,不利於未來和可攜式裝置與矽光子元件做結合。為突破此限制,利用矽光晶微波導共振腔技術來實現晶載光波導微光學梳是近年來極為熱門之領域。並同時可應用於在超快光學領域上時域任意波及飛秒極短脈衝的產生。此產生機制可將光學梳之系統微小化,並能結合成熟之矽光子技術。本文將討論利用高品質共振腔之微光學梳技術,以及其正常波導色散和模態交互作用下之微光學梳穩態行為。
本文探討了超快光學領域進展,專注於超短光脈衝雷射的產生和控制技術,以及其特別在深層組織顯微成像應用。超快光學可利用皮秒、飛秒至阿秒級別的光脈衝來研究物理、化學和生物過程中的極短時間尺度現象。這些超短脈衝可作為高速相機快門,揭示了快速動態事件的瞬時狀態。除此之外,超快雷射需要在高光強且控制熱效應的應用中展示了其獨特優勢,譬如非線性顯微技術的發展,如雙光子和三光子顯微鏡,因其能提供深層活體組織顯微影像,而成為研究生物醫學的重要工具。超快光學應用直到可利用寬頻固態雷射產生飛秒級脈衝才成熟,而利用非線性展頻技術以擴展脈衝的光譜帶寬,及色散管理技術以精確控制脈衝形狀和持續時間,甚至可利用高次諧波產生紫外光阿秒脈衝。這些阿秒脈衝為觀察電子運動和進行超快速光譜學研究提供了新的可能性。
本文介紹單脈衝激發探測光譜學的基本原理以及其在研究不可逆反應上的應用。我們使用了二維梯鏡來實現單脈衝激發探測光譜量測架構,並以此研究鉍晶體相變、碲晶體相變、鑭鈣錳氧化物薄膜相變等光致相變現象。
量子光學乍聽之下與超快光學不怎麼相關。超快光學致力於在時域上產生超短脈衝,將許多光子排列在極短的時間窗口內,藉由建設性和破壞性干涉產生極高的尖峰功率。量子光學則主要依賴單光子源,在理想情況下逐一發射光子。然而,在極短的探測時間內,若單光子源產生多對光子,則可能導致「多對光子偶然事件」。這在以離散變量進行編碼的量子通訊和網路中,是一個常見且棘手的問題。乍看之下,超快光學的終極目標與量子光學的運作似乎截然相反。那麼,在什麼情況下,這兩個領域能夠結合,揭示出意想不到的美麗物理現象呢?對於單光子源來說,來自超快光學的許多技術恰好提供了操縱其時域和頻域波函數的途徑。此外,這些技術還能延伸到操縱糾纏光子在時頻域的「雙光子相關性」。在本文中我們會以糾纏光子的產生作為開頭,接著說明如何利用「脈衝塑形」這項在超快光學中常用的技術來操縱量子光。