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太赫茲波指的是頻率在0.1到10太赫茲之間的一段電磁波，夾在微波與紅外之間。它既不像微波那樣能用電子器件直接振蕩產生，也不像可見光那樣有現成的激光器，因此長期是電磁波譜上開發得最晚的一段。轉折出現在超快激光成熟之后：用飛秒激光脈沖去驅動特定的材料，可以把光脈沖直接轉換成太赫茲脈沖。今天主流的太赫茲時域光譜系統，核心就是一臺飛秒激光器加一對發射與探測器件。一、太赫茲在電磁波譜上的位置從頻率上排，它位于毫米波與紅外之間：波長大約三十微米到三毫米。這一段之所以長期難以利用，是因為從...

光纖光柵（FBG）是一段寫在光纖纖芯里的「波長選擇器」：寬帶光通過它時，絕大多數波長直接穿過，只有滿足特定條件的那一個窄帶被反射回來。這個被挑中的波長稱為布拉格波長。它的特別之處在于直接做在光纖內部——不需要額外的分立元件，與光纖同材質、同尺寸，因此可以沿一根光纖串起許多個，構成準分布式的傳感陣列。上一篇文章里提到的分布式傳感靠的是光纖自身的散射，而光纖光柵走的是另一條路：人為在光纖里寫入一個周期結構。一、光纖光柵是什么從結構上看，光纖光柵是纖芯折射率沿軸向呈周期性變化的一段...

一根數十公里長的通信光纜，除了傳數據，還能當溫度計、應變計和振動傳感器用。這件事聽起來反常，其實道理很樸素：光在光纖里傳播時，沿途每一點都會產生微弱的背向散射，而這些散射光的強度、頻率或相位，會被當地的溫度、應變、振動所改變。只要把返回的散射光按時間分開，就能知道「哪一段發生了什么」。這就是分布式光纖傳感的基本思路。光纖既是傳輸介質，也是敏感元件——沿線不需要任何供電，只有玻璃本身。一、從單點測量到沿線測量傳統的溫度與應變測量用點式探頭：一個探頭一條引線，測多少個點就要鋪多少...

激光器有個常見的麻煩：它發出的光，會被光路下游的某個界面反射回來。這一點點回程光進入激光腔，輕則讓輸出功率抖動、波長漂移，重則造成跳模甚至損傷器件。要防這件事，最直覺的想法是在光路里放個衰減片把回程光吸收掉。但衰減片不分方向，正向光同樣被削弱。真正需要的是一種只攔反向、幾乎不碰正向的器件，也就是光學隔離器。它的特別之處在于：并不是靠吸收或反射把光擋住，而是利用一種非互易的效應，讓光在反向傳播時走不到出口。一、回程光從哪來，會惹出什么事任何兩個折射率不同的界面都會反射。玻璃與空...

光纖通信里，信息是被「寫」在光上的。激光器本身只提供一列穩定的光波，要讓它攜帶數據，得有器件按電信號去改變這列波的某個參數。這個器件就是光調制器。它在鏈路里的位置很明確：激光器負責發光，調制器負責把數據刻上去，光纖負責傳輸，探測器負責讀出來。本文講的是中間這一步。一、為什么不直接調激光器最直接的想法是讓激光器的驅動電流隨數據變化，亮一下暗一下，數據就出去了。這叫直接調制，結構最-簡-單、成本最-低，短距場景至今大量使用。問題在于電流一變，激光器里的載流子濃度跟著變，折射率隨之...

半導體激光器出廠時波長就定了——由材料和光柵的周期說了算。可真用起來，常常希望這個波長能動一動：動一點點用來對準信道，動一大段用來掃過一條吸收譜線。于是就有了各種各樣的調法。它們本質上都在做同一件事：改一改激光器里那個「選波長的條件」。條件變了，能起振的波長跟著變，出射光的顏色也就變了。下面順著「為什么要調、拿什么調、能調多遠」走一遍。一、為什么非要把波長調來調去有三類活兒，固定波長的激光器干不了。圖1：為什么非要把波長調來調去波分復用是頭一個。一根光纖里要塞幾十個信道，每個...

連續激光二極管是半導體激光領域的核心基礎器件，通過向半導體PN結持續注入恒定電流實現連續不間斷的激光輸出，區別于脈沖型激光二極管的間歇出光模式，具備體積小、電光轉換效率高、壽命長、易調制的核心優勢，適配光通信、材料加工、精密光學檢測等領域的各類連續激光應用需求。連續激光二極管的工作基于受激輻射放大原理，需同時滿足三個基本條件：粒子數反轉：通過正向偏置電壓向PN結注入載流子，在有源區形成高能態粒子數遠大于低能態的分布狀態。光學諧振腔反饋：利用半導體晶體的解理面或分布式布拉格反射...

之前我們講過怎么利用光來測量氣體的濃度，采用的是讓光穿過氣體一次，看它被吃掉多少。光程想做長，就得把氣室做長或用多反射池，總有上限。于是有人換了個思路：不比光的強弱，改比光的壽命。把光關進兩面反射率極-高的鏡子之間，讓它來回跑上幾千趟。每跑一趟就漏掉一點點、被氣體吃掉一點點。等光源一斷，腔里的光就開始按指數衰減。氣體越濃，衰減得越快——測出衰減的快慢，濃度就出來了。這套辦法叫腔衰蕩光譜。它的靈敏度比普通吸收法高出幾個數量級，代價是嬌氣、貴、維護麻煩。下面順著「憑什么靈、怎么搭...