使用细齿梳进行测量
对许多人来说，测量听起来很平凡，就像在尺子上标记刻度或读取温度计上的线。这是一段数据。他们倾向于认为改进后的测量值看起来像是尺子上越来越细的刻度。但是进行新的测量不仅仅是在尺子上做更精细的标记。衡量某件事就是理解它，把它拆开，看看它是如何工作的。新的测量可以解锁甚至科学家在开始时从未想过的可能性。也许没有比光频梳更好的例子了。很简单，这个设备是光的尺子。然而，它不仅仅是一把尺子。
无线电波、微波、可见光、X 射线和红外线都是电磁频谱的一部分。它们都是以光速传播的波，但这些波的波峰之间的距离可能相隔数公里，如某些无线电波，也可能相隔纳米，如可见光和紫外线。
1970 年代，美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的科学家陷入困境。他们想要更精确和准确的原子钟，这些原子钟基于原子在电子在能量状态之间跳跃时释放的非常高的光频率，而不是他们使用的较低微波频率。更好的时钟会给他们一个更精确的秒定义。更精确的秒数可以让他们更好地定义米，即光在真空中在几分之一秒内传播的距离。但这一切都依赖于能够准确、准确地测量这些光的频率。
电磁波谱的两端之间存在测量间隙。科学家们可以准确地测量无线电和微波频率，但没有电子设备的计数速度足以跟上原子的光学频率。他们可以使用具有匹配频率的激光来读取原子的光学频率。科学家们拥有已知准确频率的激光，但它们只能产生单一频率或颜色。在不知道原子的确切频率的情况下，找到合适频率的激光来读取原子将需要大量的试验和错误。 NIST 的科学家们尝试将几个不同频率的激光器以菊花链方式连接在一起，以制作一个基本的光学尺。这足以重新定义仪表，但不是一个长期的解决方案。
频率梳是诺贝尔奖得主设备，它是 NIST 和其他机构数十年研究的成果。梳子每秒产生十亿个光脉冲，这些光脉冲在光腔内来回反弹。这会产生数百万个看起来像梳子上彩虹色牙齿的光频率尖峰（因此得名）。该梳子中的第一颗牙齿被设置为已知频率，这为科学家提供了读取其他频率的起点。就像尺子一样，如果您知道第一个标记是一毫米，每个标记相距一毫米，您就可以轻松开始测量。同样，因为他们确切地知道这些频率相距多远，科学家们可以通过一个简单的数学公式将这些光信号转换为微波，将电磁波谱的两端连接起来。这打开了许多研究之门。
科学家们利用这项新技术制造了更好的时钟，最终开发出比民用时间标准中使用的铯钟好 100 倍的时钟。更准确和精确的时钟对于 GPS 导航至关重要，它依赖于精确的时间信号来确定您的位置。更好的时钟还具有研究优势，从检测重力的微小变化到研究量子世界的现象，甚至可能发现暗物质。这些时钟最终可能会改变我们对秒的定义。
所有原子和分子在能量状态之间跳跃时都会发出独特的光频率，而不仅仅是时钟中使用的原子。如果梳子中的一个频率以完全相同的频率击中原子或分子，科学家们就可以确定它们击中的是哪种原子或分子。使用光学频率梳，科学家们可以细致入微地研究恒星的组成。天体物理学家可以通过测量星光频率的变化来判断他们是否发现了一颗新行星。使用频率梳，我们可以改进测距系统，该系统将光线从物体反射回来，以像雷达或声纳一样检测它们。他们可以透过火焰看到物体，帮助 NIST 科学家研究结构在火灾中如何失效。该梳子还被用于检测空气中最微量的温室气体或寻找人类呼吸中的疾病。
传感器