หวีความถี่หรือหวีสเปกตรัมคือสเปกตรัม ที่ประกอบด้วย เส้นสเปกตรัมที่ไม่ต่อเนื่อง เสถียร และมีระยะห่างสม่ำเสมอในทางทัศนศาสตร์หวีความถี่สามารถสร้างขึ้นได้จากแหล่งกำเนิด แสงเลเซอร์ บางชนิด

มีกลไกหลายอย่างในการสร้างหวีความถี่แสง รวมถึงการมอดูเลตเป็นระยะ (ในแอมพลิจูดและ/หรือเฟส) ของเลเซอร์คลื่นต่อเนื่องการผสมคลื่นสี่คลื่นในตัวกลางที่ไม่เป็นเชิงเส้น หรือการรักษาเสถียรภาพของลำแสงพัลส์ที่สร้างขึ้นโดยเลเซอร์แบบล็อกโหมดงานวิจัยจำนวนมากได้ทุ่มเทให้กับกลไกสุดท้ายนี้ ซึ่งได้รับการพัฒนาในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 และในที่สุดก็ทำให้John L. HallและTheodor W. Hänsch ได้รับ รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ครึ่งหนึ่ง ร่วมกันในปี 2005 ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

การแสดงผล ในโดเมนความถี่ของหวีความถี่ที่สมบูรณ์แบบนั้นคล้ายกับหวีดิแรกซึ่งเป็นชุดของฟังก์ชันเดลต้าที่เว้นระยะห่างตามลำดับ

${\displaystyle f_{n}=f_{0}+n\,f_{r},}$

โดยที่เป็นจำนวนเต็มคือระยะห่างระหว่างฟันหวี (เท่ากับอัตราการทำซ้ำของเลเซอร์แบบล็อกโหมด หรืออีกทางหนึ่งคือความถี่การมอดูเลชัน) และคือความถี่ออฟเซ็ตของคลื่นพาห์ ซึ่งน้อยกว่า ${\displaystyle n}$${\displaystyle f_{r}}$${\displaystyle f_{0}}$${\displaystyle f_{r}}$

หวีความถี่ที่ครอบคลุมช่วงความถี่หนึ่งอ็อกเทฟ (เช่น ปัจจัยสองเท่า) สามารถใช้ในการวัด (และแก้ไขการเปลี่ยนแปลง) ได้โดยตรงดังนั้น หวีความถี่ที่ครอบคลุมช่วงความถี่หนึ่งอ็อกเทฟจึงสามารถใช้ในการควบคุมกระจกเพียโซอิเล็กทริกภายในวงจรป้อนกลับแก้ไขเฟสของคลื่นพาหะ-ซองคลื่น ได้ กลไกใดๆ ที่ทำให้องศาอิสระสององศาของหวีความถี่ ( และ) มีเสถียรภาพ จะสร้างหวีความถี่ที่มีประโยชน์สำหรับการแปลงความถี่แสงเป็นความถี่วิทยุเพื่อการวัดความถี่แสงโดยตรง ${\displaystyle f_{0}}$${\displaystyle f_{r}}$${\displaystyle f_{0}}$

วิธีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการสร้างหวีความถี่คือการใช้เลเซอร์แบบล็อกโหมดเลเซอร์ดังกล่าวสร้างพัลส์แสงหลายชุดที่แยกจากกันตามเวลาโดยเวลาไปกลับของโพรงเลเซอร์ สเปกตรัมของพัลส์ชุดนี้จะประมาณค่าเป็นฟังก์ชันเดลต้าของดิแรก หลายชุด ที่แยกจากกันด้วยอัตราการทำซ้ำ (ส่วนกลับของเวลาไปกลับ) ของเลเซอร์ ชุดของเส้นสเปกตรัมที่คมชัดนี้เรียกว่าหวีความถี่หรือหวีความถี่ดิแรก

เลเซอร์ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการสร้างความถี่คอมบ์คือเลเซอร์โซลิดสเตท Ti:sapphire หรือเลเซอร์ Er:fiber ^{[ 4 ]}โดยมีอัตราการทำซ้ำโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 100 MHz ถึง 1 GHz ^{[ 5 ]}หรืออาจสูงถึง 10 GHz ^{[ 6 ]}

การผสมคลื่นสี่ความถี่เป็นกระบวนการที่แสงความเข้มสูงที่สามความถี่ทำปฏิกิริยากันเพื่อสร้างแสงที่ความถี่ที่สี่หากความถี่ทั้งสามเป็นส่วนหนึ่งของแถบความถี่ที่มีระยะห่างสมบูรณ์แบบแล้ว ความถี่ที่สี่ก็จะต้องเป็นส่วนหนึ่งของแถบความถี่เดียวกันนั้นด้วยตามหลักคณิตศาสตร์ ${\displaystyle f_{1},f_{2},f_{3}}$${\displaystyle f_{4}=f_{1}+f_{2}-f_{3}}$

กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยแสงที่มีความเข้มสูงที่ความถี่สองความถี่ขึ้นไปซึ่งมีระยะห่างเท่ากัน และสามารถสร้างแสงที่มีความถี่แตกต่างกันมากขึ้นเรื่อยๆ ได้ ตัวอย่างเช่น หากมีโฟตอนจำนวนมากที่สองความถี่การผสมคลื่นสี่ความถี่ก็สามารถสร้างแสงที่ความถี่ใหม่ได้ความถี่ใหม่นี้จะค่อยๆ มีความเข้มมากขึ้น และแสงก็จะค่อยๆ แพร่กระจายไปยังความถี่ใหม่ๆ มากขึ้นเรื่อยๆ บนหวีความถี่เดียวกัน ${\displaystyle f_{1},f_{2}}$${\displaystyle 2f_{1}-f_{2}}$

ดังนั้น วิธีที่ง่ายในเชิงแนวคิดในการสร้างหวีความถี่แสงคือการใช้เลเซอร์กำลังสูงสองตัวที่มีความถี่ต่างกันเล็กน้อยและฉายแสงพร้อมกันผ่านเส้นใยคริสตัลโฟตอนิกซึ่งจะสร้างหวีความถี่โดยการผสมคลื่นสี่คลื่นดังที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น^{[ 7 ] [ 8 ]}

รูปแบบอื่นของหวีความถี่ที่ใช้การผสมคลื่นสี่คลื่นเรียกว่าหวีความถี่เคอร์ โดยเลเซอร์ตัวเดียวจะถูกเชื่อมต่อเข้ากับไมโครเรโซเนเตอร์ (เช่น แผ่นกระจกขนาดเล็กที่มีโหมดกระซิบ ) โครงสร้างแบบนี้จะมีโหมดเรโซแนนซ์หลายชุดที่มีความถี่ใกล้เคียงกัน (คล้ายกับอินเตอร์เฟอโรเมตร Fabry–Pérot ) อย่างไรก็ตาม โหมดเรโซแนนซ์ไม่ได้มีระยะห่างเท่ากันเป๊ะๆ เนื่องจากการกระจายตัวถึงกระนั้น ผลของการผสมคลื่นสี่คลื่นข้างต้นก็สามารถสร้างและทำให้หวีความถี่ที่สมบูรณ์แบบในโครงสร้างดังกล่าว มีความเสถียรได้ ^{[ 9 ]}โดยพื้นฐานแล้ว ระบบจะสร้างหวีที่สมบูรณ์แบบซึ่งทับซ้อนกับโหมดเรโซแนนซ์ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในความเป็นจริง ผลกระทบ ที่ไม่เป็นเชิงเส้นสามารถเลื่อนโหมดเรโซแนนซ์เพื่อปรับปรุงการทับซ้อนกับหวีที่สมบูรณ์แบบได้ดียิ่งขึ้น (ความถี่ของโหมดเรโซแนนซ์ขึ้นอยู่กับดัชนีหักเหซึ่งเปลี่ยนแปลงไปโดยผลของเคอร์ทางแสง )

ในโดเมนเวลา ในขณะที่เลเซอร์แบบล็อกโหมดมักจะปล่อยพัลส์สั้นๆ ออกมาเป็นชุด แต่หวีความถี่เคอร์โดยทั่วไปจะไม่เป็นเช่นนั้น^{[ 10 ]}อย่างไรก็ตาม หวีความถี่เคอร์ชนิดย่อยพิเศษ ซึ่งมี "โซลิตอน โพรง " เกิดขึ้นในไมโครเรโซเนเตอร์จะปล่อยพัลส์ออกมาเป็นชุด^{[ 11 ]}

สามารถสร้างหวีความถี่แสงได้โดยการปรับแอมพลิจูดและ/หรือเฟสของเลเซอร์คลื่นต่อเนื่องด้วยตัวปรับสัญญาณภายนอกที่ขับเคลื่อนด้วยแหล่งกำเนิดคลื่นความถี่วิทยุ^{[ 12 ]}ด้วยวิธีนี้ หวีความถี่จะอยู่ตรงกลางรอบความถี่แสงที่ได้จากเลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง และความถี่การปรับสัญญาณหรืออัตราการทำซ้ำจะกำหนดโดยแหล่งกำเนิดคลื่นความถี่วิทยุภายนอก ข้อดีของวิธีนี้คือสามารถเข้าถึงอัตราการทำซ้ำที่สูงกว่ามาก (>10 GHz) เมื่อเทียบกับเลเซอร์แบบล็อกโหมด และสามารถตั้งค่าระดับความเป็นอิสระสองระดับของหวีความถี่ได้อย่างอิสระ^{[ 13 ]}จำนวนเส้นจะน้อยกว่าเลเซอร์แบบล็อกโหมด (โดยทั่วไปมีเพียงไม่กี่สิบเส้น) แต่แบนด์วิดท์สามารถขยายได้อย่างมากด้วยใยแก้วนำแสงแบบไม่เชิงเส้น^{[ 14 ]}หวีความถี่แสงประเภทนี้มักเรียกว่าหวีความถี่อิเล็กโทรออปติก^{[ 15 ]}แผนการแรกใช้ตัวปรับเฟสภายในโพรง Fabry–Perot แบบรวม^{[ 16 ]}แต่ด้วยความก้าวหน้าของตัวปรับอิเล็กโทรออปติก ทำให้สามารถจัดเรียงใหม่ได้

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ล้วนๆ ที่สร้างพัลส์หลายชุด จะสร้างแถบความถี่ด้วย อุปกรณ์เหล่านี้ผลิตขึ้นสำหรับออสซิลโลสโคป แบบสุ่มตัวอย่างทางอิเล็กทรอนิกส์ แต่ยังใช้สำหรับการเปรียบเทียบความถี่ของไมโครเวฟด้วย เนื่องจากมีความถี่สูงถึง 1 เทราเฮิร์ตซ์ (THz) เนื่องจากมีความถี่ 0 เฮิรตซ์รวมอยู่ด้วย จึงไม่จำเป็นต้องใช้เทคนิคต่างๆ ที่จะกล่าวถึงในส่วนที่เหลือของบทความนี้

สำหรับการใช้งานหลายๆ อย่าง จำเป็นต้องขยายช่วงความถี่ให้กว้างอย่างน้อยหนึ่งอ็อกเทฟกล่าวคือ ความถี่สูงสุดในสเปกตรัมต้องมีค่าอย่างน้อยสองเท่าของความถี่ต่ำสุด สามารถใช้วิธีใดวิธีหนึ่งจากสามวิธีต่อไปนี้:

• การสร้าง ซูเปอร์คอนทินิวอัมโดยการปรับเฟสด้วยตนเองอย่างรุนแรงในเส้นใยผลึกโฟตอนิก แบบไม่เชิงเส้น หรือท่อนำคลื่นแบบรวม
• เลเซอร์ Ti:sapphire ที่ใช้การปรับเฟสด้วยตนเอง ภายในโพรงเลเซอร์
• สามารถสร้างฮาร์โมนิกที่สองได้ในผลึกยาว โดยการสร้างความถี่ผลรวมและความถี่ผลต่างอย่างต่อเนื่อง จะทำให้สเปกตรัมของฮาร์โมนิกแรกและฮาร์โมนิกที่สองกว้างขึ้นจนทับซ้อนกัน

กระบวนการเหล่านี้สร้างความถี่ใหม่บนหวีเดียวกันด้วยเหตุผลคล้ายคลึงกับที่กล่าวไว้ข้างต้น

ทางด้านขวาจะเห็นได้ว่า ค่าเบี่ยงเบนระหว่างเฟสทางแสงและจุดสูงสุดของซองคลื่นของพัลส์แสงเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แต่ละเส้นจะเลื่อนออกจากฮาร์มอนิกของอัตราการทำซ้ำด้วยความถี่ชดเชยระหว่างคลื่นพาห์และซองคลื่น ความถี่ชดเชยระหว่างคลื่นพาห์และซองคลื่นคืออัตราที่จุดสูงสุดของความถี่คลื่นพาห์เลื่อนออกจากจุดสูงสุดของซองคลื่นพัลส์ในแต่ละพัลส์

โดยทั่วไป การวัดความถี่ออฟเซ็ตของคลื่นพาหะ-ซองคลื่นจะทำด้วยเทคนิคการอ้างอิงตนเอง ซึ่งเฟสของส่วนหนึ่งของสเปกตรัมจะถูกเปรียบเทียบกับฮาร์มอนิกของมัน แนวทางที่เป็นไปได้ต่างๆ สำหรับการควบคุมเฟสออฟเซ็ตของคลื่นพาหะ-ซองคลื่นได้รับการเสนอในปี 1999 ^{[ 17 ]}สองแนวทางที่ง่ายที่สุด ซึ่งต้องการเพียงกระบวนการทางแสงแบบไม่เชิงเส้นเพียงกระบวนการเดียว จะถูกอธิบายในต่อไปนี้

ในเทคนิค " f − 2f " แสงที่ด้านพลังงานต่ำกว่าของสเปกตรัมที่ขยายจะถูกคูณสองโดยใช้การสร้างฮาร์มอนิกที่สอง (SHG) ในผลึกที่ไม่เป็นเชิงเส้น และ จะสร้างบีทเฮเทอ โรไดน์ระหว่างแสงนั้นกับแสงที่มีความยาวคลื่นเดียวกันที่ด้านพลังงานสูงกว่าของสเปกตรัม สัญญาณบีทนี้ซึ่งสามารถตรวจจับได้ด้วยโฟโตไดโอด^{[ 18 ]}ประกอบด้วยส่วนประกอบความถี่ต่าง ซึ่งก็คือความถี่ออฟเซ็ตของตัวพา-ซองคลื่น

ในเชิงแนวคิด แสงที่มีความถี่จะถูกคูณเป็นสองเท่าและเมื่อผสมกับแสงที่มีความถี่ใกล้เคียงกันมากจะทำให้เกิดสัญญาณบีตที่มีความถี่ ในทางปฏิบัติ กระบวนการนี้ไม่ได้ใช้ความถี่เดียวแต่ใช้ช่วงความถี่ที่หลากหลาย แต่ผลลัพธ์ก็เหมือนกัน ${\displaystyle f_{n}=f_{0}+n\,f_{r}}$${\displaystyle 2f_{n}=2f_{0}+2n\,f_{r}}$${\displaystyle f_{2n}=f_{0}+2n\,f_{r}}$${\displaystyle 2f_{n}-f_{2n}=f_{0}.}$${\displaystyle f_{n}}$${\displaystyle n}$

อีกทางเลือกหนึ่งคือการใช้การสร้างความถี่ต่าง (DFG) จากแสงที่ปลายตรงข้ามของสเปกตรัมที่ขยายแล้ว จะสร้างความถี่ต่างขึ้นในผลึกที่ไม่เป็นเชิงเส้น และ วัดการบีต แบบเฮเทอโรไดน์ระหว่างผลลัพธ์ของการผสมนี้กับแสงที่มีความยาวคลื่นเดียวกันกับสเปกตรัมดั้งเดิม ความถี่บีตนี้ ซึ่งสามารถตรวจจับได้ด้วยโฟโตไดโอดคือความถี่ออฟเซ็ตของคลื่นพาหะ-ซองคลื่น

ในที่นี้ แสงที่มีความถี่และจะถูกผสมกันเพื่อสร้างแสงที่มีความถี่ จากนั้นแสงนี้จะถูกผสมกับแสงที่มีความถี่เพื่อสร้างความถี่บีต ที่ วิธีนี้ช่วยหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการเพิ่มความถี่เป็นสองเท่าโดยแลกกับขั้นตอนการผสมแสงครั้งที่สอง ทั้งนี้ การใช้งานจริงจะใช้ค่าที่หลากหลายไม่ใช่ค่าเดียว ${\displaystyle f_{n}}$${\displaystyle f_{2n}}$${\displaystyle n\,f_{r}}$${\displaystyle f_{n}=f_{0}+n\,f_{r}}$${\displaystyle f_{n}-n\,f_{r}=f_{0}.}$${\displaystyle n}$

เนื่องจากเฟสถูกวัดโดยตรงไม่ใช่ความถี่ จึงสามารถตั้งความถี่เป็นศูนย์และล็อกเฟสเพิ่มเติมได้ แต่เนื่องจากความเข้มของเลเซอร์และตัวตรวจจับนี้ไม่เสถียรมากนัก และเนื่องจากสเปกตรัมทั้งหมดสั่นในเฟส^{[ 19 ]} จึงต้องล็อกเฟสไว้ที่เศษส่วนของอัตราการทำซ้ำ

หากไม่มีการควบคุมเสถียรภาพอย่างมีประสิทธิภาพ อัตราการทำซ้ำและความถี่ชดเชยของคลื่นพาหะ-ซองคลื่นจะเปลี่ยนแปลงไปตามความยาวของโพรงเลเซอร์ ดัชนีหักเหของเลนส์เลเซอร์ และผลกระทบแบบไม่เชิงเส้น เช่นปรากฏการณ์เคอร์อัตราการทำซ้ำสามารถรักษาเสถียรภาพได้โดยใช้ ตัวแปลงสัญญาณ เพียโซอิเล็กทริกซึ่งจะเคลื่อนกระจกเพื่อเปลี่ยนความยาวของโพรงเลเซอร์

ในเลเซอร์ Ti:sapphire ที่ใช้ปริซึมในการควบคุมการกระจายแสง ความถี่ออฟเซ็ตของคลื่นพาหะและคลื่นซองสามารถควบคุมได้โดยการเอียงกระจกสะท้อนแสงสูงที่ปลายคู่ปริซึม ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้ตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริก

ในเลเซอร์วงแหวน Ti:sapphire ที่มีอัตราการทำซ้ำสูง ซึ่งมักใช้กระจกสะท้อนแบบชิปคู่เพื่อควบคุมการกระจายตัว การปรับกำลังของปั๊มโดยใช้ตัวปรับสัญญาณอะคูสโตออปติกมักถูกใช้เพื่อควบคุมความถี่ออฟเซ็ต การเลื่อนเฟสขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์เคอร์อย่างมาก และการเปลี่ยนกำลังของปั๊มจะเปลี่ยนความเข้มสูงสุดของพัลส์เลเซอร์และขนาดของการเลื่อนเฟสเคอร์ด้วย การเลื่อนนี้มีขนาดเล็กกว่า 6 เรเดียนมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์เพิ่มเติมสำหรับการปรับแบบหยาบ ลิ่มคู่หนึ่ง โดยอันหนึ่งเคลื่อนที่เข้าหรือออกจากลำแสงเลเซอร์ภายในโพรงเลเซอร์ สามารถใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ได้

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่นำไปสู่การสร้างหวีความถี่ที่ใช้งานได้จริง คือการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการรักษาเสถียรภาพความถี่ชดเชยระหว่างคลื่นพาห์และคลื่นซองสัญญาณ

ทางเลือกอื่นนอกเหนือจากการรักษาเสถียรภาพความถี่ออฟเซ็ตของคลื่นพาหะ-ซองคลื่น คือการยกเลิกความถี่ออฟเซ็ตนั้นโดยสมบูรณ์โดยใช้การสร้างความถี่ต่าง (DFG) หากความถี่ต่างของแสงจากปลายตรงข้ามของสเปกตรัมที่ขยายกว้างถูกสร้างขึ้นในผลึกที่ไม่เป็นเชิงเส้น หวีความถี่ที่ได้จะปราศจากความถี่ออฟเซ็ตของคลื่นพาหะ-ซองคลื่น เนื่องจากส่วนสเปกตรัมสองส่วนที่ก่อให้เกิด DFG มีความถี่ออฟเซ็ตของคลื่นพาหะ-ซองคลื่น (ความถี่ CEO) เดียวกัน วิธีนี้ได้รับการเสนอครั้งแรกในปี 1999 ^{[ 17 ]}และสาธิตในปี 2011 โดยใช้หวีความถี่ใยแก้วเออร์เบียมที่ความยาวคลื่นโทรคมนาคม^{[ 20 ]}วิธีการที่เรียบง่ายนี้มีข้อดีคือไม่จำเป็นต้องใช้ลูปป้อนกลับทางอิเล็กทรอนิกส์เหมือนในเทคนิคการรักษาเสถียรภาพแบบดั้งเดิม และมีแนวโน้มที่จะมีความแข็งแกร่งและเสถียรมากขึ้นต่อการรบกวนจากสิ่งแวดล้อม^{[ 21 ] [ 22 ]}

หวีความถี่ช่วยให้สามารถเชื่อมโยงโดยตรงจาก มาตรฐาน ความถี่วิทยุไปยังความถี่แสงได้ มาตรฐานความถี่ในปัจจุบัน เช่นนาฬิกาอะตอมทำงานใน ย่าน ไมโครเวฟของสเปกตรัม และหวีความถี่จะนำความแม่นยำของนาฬิกาเหล่านั้นมาสู่ส่วนแสงของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าวงจรป้อนกลับทางอิเล็กทรอนิกส์อย่างง่ายสามารถล็อกอัตราการทำซ้ำให้ตรงกับมาตรฐานความถี่ได้

เทคนิคนี้มีการใช้งานที่แตกต่างกันสองแบบ แบบแรกคือนาฬิกาแสงโดยที่ความถี่แสงจะซ้อนทับกับฟันซี่เดียวของหวีบนโฟโตไดโอด และความถี่วิทยุจะถูกเปรียบเทียบกับสัญญาณบีต อัตราการทำซ้ำ และความถี่ CEO (การชดเชยซองคลื่นพาหะ) การใช้งานเทคนิคหวีความถี่ ได้แก่มาตรวิทยา แสง การสร้างโซ่ความถี่ นาฬิกาอะตอมแสง สเปก โทรสโก ปีความแม่นยำสูง และเทคโนโลยีGPS ที่แม่นยำยิ่งขึ้น ^{[ 24 ]}

อีกวิธีหนึ่งคือการทดลองกับพัลส์ที่มีรอบการทำงานน้อยเช่น การแตกตัว เป็นไอออนเหนือเกณฑ์พัลส์แอตโตวินาทีออปติกแบบไม่เชิงเส้นที่มีประสิทธิภาพสูงหรือการสร้างฮาร์มอนิกส์สูงสิ่งเหล่านี้อาจเป็นพัลส์เดี่ยว ดังนั้นจึงไม่มีหวีความถี่ และด้วยเหตุนี้จึงไม่สามารถกำหนดความถี่ชดเชยระหว่างคลื่นพาหะและซองคลื่นได้ แต่เฟสชดเชยระหว่างคลื่นพาหะและซองคลื่นมีความสำคัญมากกว่า สามารถเพิ่มโฟโตไดโอดตัวที่สองเข้าไปในชุดอุปกรณ์เพื่อรวบรวมเฟสและแอมพลิจูดในการยิงครั้งเดียว หรือสามารถใช้การสร้างความถี่ต่างเพื่อล็อกค่าชดเชยในการยิงครั้งเดียวได้ แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานต่ำก็ตาม

หากไม่มีหวีจริง เราสามารถดูความสัมพันธ์ระหว่างเฟสกับความถี่ได้ หากไม่มีการชดเชยระหว่างคลื่นพาหะและซองคลื่น ความถี่ทั้งหมดจะเป็นฟังก์ชันโคไซน์ ซึ่งหมายความว่าความถี่ทั้งหมดมีเฟสเป็นศูนย์ จุดเริ่มต้นของเวลาเป็นสิ่งที่กำหนดขึ้นเอง หากพัลส์เกิดขึ้นในเวลาที่ช้าลง เฟสจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามความถี่ แต่เฟสที่ความถี่ศูนย์ก็ยังคงเป็นศูนย์ เฟสที่ความถี่ศูนย์นี้คือการชดเชยระหว่างคลื่นพาหะและซองคลื่น ฮาร์มอนิกที่สองไม่เพียงแต่มีความถี่เป็นสองเท่า แต่ยังมีเฟสเป็นสองเท่าด้วย ดังนั้นสำหรับพัลส์ที่มีการชดเชยเป็นศูนย์ ฮาร์มอนิกที่สองของส่วนท้ายความถี่ต่ำจะอยู่ในเฟสเดียวกับความถี่พื้นฐานของส่วนท้ายความถี่สูง และหากไม่ใช่เช่นนั้นก็จะไม่อยู่ในเฟสเดียวกันการวัดการแทรกสอดเฟสสเปกตรัมสำหรับการสร้างสนามไฟฟ้าโดยตรง (SPIDER) จะวัดว่าเฟสเพิ่มขึ้นอย่างไรตามความถี่ แต่ไม่สามารถกำหนดการชดเชยได้ ดังนั้นชื่อ " การสร้าง สนามไฟฟ้า " จึงค่อนข้างทำให้เข้าใจผิด

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา หวีความถี่ได้รับความสนใจมากขึ้นสำหรับ การประยุกต์ใช้ใน ด้านดาราศาสตร์โดยขยายขอบเขตการใช้งานเทคนิคนี้ในฐานะเครื่องมือสังเกตการณ์เชิงสเปกโทรแกรมในทาง ดาราศาสตร์

มีแอปพลิเคชันอื่นๆ ที่ไม่จำเป็นต้องล็อกความถี่ออฟเซ็ตของคลื่นพาหะ-ซองสัญญาณกับสัญญาณความถี่วิทยุ^{[ 25 ]}ซึ่งรวมถึงการสื่อสารด้วยแสง^{[ 26 ]}การสังเคราะห์รูปคลื่นแสงแบบกำหนดเอง^{[ 27 ]}สเปก โทรสโกปี (โดยเฉพาะสเปกโทรสโกปีแบบหวีคู่) ^{[ 28 ]}หรือโฟโตนิกส์ ความถี่วิทยุ ^{[ 13 ]}

ในทางกลับกัน หวีความถี่แสงได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้ใหม่ในการตรวจวัด มีการพัฒนาไลดาร์วัดระยะโดยใช้สเปกโทรสโกปีแบบหวีคู่ ทำให้สามารถวัดระยะด้วยความละเอียดสูงในอัตราการอัปเดตที่รวดเร็ว^{[ 29 ]}การเชื่อมต่อแบบบรอดแบนด์เข้ากับโพรงเพิ่มประสิทธิภาพความละเอียดสูงทำให้สามารถวัดปริมาณโมเลกุลได้มากถึง 20 ชนิดพร้อมกันในตัวอย่างก๊าซที่ซับซ้อนซึ่งมีความเข้มข้นแตกต่างกันถึง 7 ระดับ^{[ 30 ]}หวีความถี่แสงยังสามารถใช้ในการวัดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกด้วยความแม่นยำสูง ตัวอย่างเช่น ในปี 2019 นักวิทยาศาสตร์ที่ NIST ได้ใช้สเปกโทรสโกปีเพื่อวัดปริมาณการปล่อยก๊าซมีเทนจากแหล่งน้ำมันและก๊าซ^{[ 31 ]}เมื่อไม่นานมานี้ ไลดาร์วัดก๊าซเรือนกระจกที่ใช้หวีอิเล็กโทรออปติกได้รับการสาธิตสำเร็จแล้ว^{[ 32 ]}

แนวคิดเรื่องหวีความถี่ (frequency comb) ถูกเสนอขึ้นในปี 2000 ก่อนที่จะมีการนำแนวคิดนี้มาใช้ สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าถูกแบ่งออกเป็นช่วงความถี่อิเล็กทรอนิกส์/วิทยุ และช่วงความถี่แสง/เลเซอร์ ช่วงความถี่วิทยุมีเครื่องวัดความถี่ ที่แม่นยำ ทำให้สามารถวัดความถี่สัมบูรณ์ได้อย่างแม่นยำสูง ส่วน ช่วงความถี่แสงไม่มีอุปกรณ์ดังกล่าว ช่วงความถี่ทั้งสองถูกคั่นด้วยช่องว่างความถี่${\displaystyle 10^{5}\times }$

ก่อนที่จะมีหวีความถี่ วิธีเดียวที่จะเชื่อมช่องว่างได้คือโซ่ความถี่ฮาร์มอนิก ซึ่งจะเพิ่มความถี่วิทยุเป็นสองเท่าใน 15 ขั้นตอน ทำให้ได้การคูณความถี่อย่างไรก็ตาม โซ่ความถี่เหล่านี้มีขนาดใหญ่และมีค่าใช้จ่ายในการใช้งานสูง หวีความถี่สามารถเชื่อมช่องว่างนั้นได้ในขั้นตอนเดียว^{[ 33 ]}${\displaystyle 2^{15}=10^{4.5}}$

ธีโอดอร์ ดับเบิลยู. แฮนช์และจอห์น แอล. ฮอลล์ ได้รับ รางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ประจำ ปี 2005 คนละครึ่ง จากผลงานการพัฒนาเทคนิคสเปกโทรสโกปีความแม่นยำสูงโดยใช้เลเซอร์ ซึ่งรวมถึงเทคนิคหวีความถี่แสง อีกครึ่งหนึ่งของรางวัลตกเป็นของรอย กลอเบอร์

นอกจากนี้ในปี 2548 เทคนิคหวีเฟมโตวินาทีได้รับการขยายไปยัง ช่วง อัลตราไวโอเลตสุดขั้วทำให้สามารถวัดความถี่ในบริเวณสเปกตรัมดังกล่าวได้^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

• หวีดาราศาสตร์
• นาฬิกาอะตอม
• พัลส์ที่มีแบนด์วิดท์จำกัด
• กับดักแม่เหล็กไฟฟ้า

• Nathalie Picqué ; Theodor Hänsch (2019). "สเปกโทรสโกปีหวีความถี่" Nature Photonics . 13 (3): 146– 157. arXiv : 1902.11249 . Bibcode : 2019NaPho..13..146P . doi : 10.1038/s41566-018-0347-5 . S2CID  119189885 .
• Steven T. Cundiff; Jun Ye (2003). " การประชุมสัมมนา : หวีความถี่แสงเฟมโตวินาที". บทวิจารณ์ฟิสิกส์สมัยใหม่75 (1): 325. Bibcode : 2003RvMP...75..325C . CiteSeerX  10.1.1.152.1154 . doi : 10.1103/RevModPhys.75.325 .
• John L Hall & Theodor W Hänsch (2004). "ประวัติการพัฒนาหวีแสง" (PDF)ใน Jun Ye, Steven T Cundiff (บรรณาธิการ). หวีความถี่แสงเฟมโตวินาที . Springer. ISBN 978-0-387-23790-9เก็บถาวรจากไฟล์ต้นฉบับ(PDF)เมื่อวันที่ 27 ธันวาคม 2014 เรียกดูเมื่อวันที่ 20 มกราคม 2013
• Andrew M. Weiner (2009). Ultrafast Optics . Wiley. ISBN 978-0-471-41539-8.
• ข่าวประชาสัมพันธ์รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ (ปี 2005)

• การควบคุมรูปคลื่นแสงระดับแอตโตวินาที
• หวีเลเซอร์เฟมโตวินาที
• หวีความถี่แสงสำหรับการวัดมิติ สเปกโทรสโกปีอะตอมและโมเลกุล และการรักษาเวลาที่แม่นยำ
• ไม้บรรทัดแห่งแสง: การใช้เลเซอร์วัดระยะทางและเวลาโดย สตีเวน คันดิฟฟ์ ในนิตยสาร Scientific American
• หวีความถี่ที่ปรับได้ด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์บนชิปบทความโดย ลีอาห์ เบอร์โรว์ส | 18 มีนาคม 2019
• คำอธิบายเกี่ยว กับหวีความถี่แสง (Optical Frequency Combs)โดยNIST