利用Octave Photonics光頻梳偏頻鎖定模塊(COSMO)來檢測Menhir Photonics 1550 nm 1GHz飛秒激光器的載波包膜偏移頻率(fceo)局嘁，可以在激光脈沖能量小于140 pJ(平均功率<140 mW)的情況下實(shí)現(xiàn)對fceo的精確控制，信噪比>35dB晦墙，以較低的尺寸悦昵、重量和功率要求實(shí)現(xiàn)了較先jin的性能,該系統(tǒng)可以作為一種簡單的1 GHz低噪聲的光學(xué)頻率梳解決方案。
搭建簡易1GHz低噪聲光頻梳系統(tǒng)
光學(xué)頻率梳因其具有高精度偎痛、高靈敏度旱捧、高分辨率的特性，為光學(xué)原子鐘踩麦、精密光譜測量枚赡、阿秒科學(xué)等領(lǐng)域提供了一種可靠的光波-微波轉(zhuǎn)換工具。飛秒光梳本質(zhì)上是一組特殊的飛秒脈沖光谓谦，它在時(shí)域上是一系列時(shí)間寬度在飛秒級別的超短脈沖贫橙，在頻域上是一系列間隔相等、位置固定反粥、具有極寬光譜范圍的單色譜線卢肃。飛秒光梳實(shí)現(xiàn)了其頻率覆蓋范圍內(nèi)所有波長的直接鎖定并溯源至微波頻率基準(zhǔn)，建立起了光波頻率和微波頻率的直接聯(lián)系才顿∧妫基于飛秒鎖模激光器，目前一般可以通過鎖定其重復(fù)頻率(frep)和載波包絡(luò)偏移頻率(fceo)來使得光梳梳齒穩(wěn)定郑气。雖然工作頻率接近100 MHz重復(fù)頻率的光頻梳正在成為一種成熟的技術(shù)幅垮，但重復(fù)頻率為GHz的梳子仍然存在著大量挑戰(zhàn)。
首先尾组，傳統(tǒng)的激光器架構(gòu)很難構(gòu)建低噪聲且重復(fù)頻率> 0.5 GHz的諧振結(jié)構(gòu)忙芒。然而近期，Menhir Photonics提出其MENHIR-1550飛秒激光器可以作為飛秒脈沖光梳的穩(wěn)定光源模塊讳侨。其可以在100 MHz至5 GHz的重復(fù)頻率下產(chǎn)生超低噪聲的鎖模脈沖呵萨，且生成的每一根頻率梳線功率都大于50 μW。根據(jù)其實(shí)驗(yàn)室所提供的資料跨跨，利用該激光器所形成的光梳可以做到線寬< 20 kHz潮峦，信噪比> 70 dbc。
圖1 頻率梳線示意圖
其次，鎖定fceo的f-2f自參考過程通常要求激光擁有至少1 nJ的脈沖能量(即frep頻率= 1 GHz時(shí)跑杭，平均功率> 1 W)铆帽，這樣才能方便與干涉儀進(jìn)行高精度對準(zhǔn)。而zui近德谅，OCTave Photonics與Vescent Photonics合作爹橱，開發(fā)了一項(xiàng)新的整合與封裝技術(shù)。利用該項(xiàng)技術(shù)窄做，光頻梳偏頻鎖定模塊(COSMO)為檢測激光頻率梳的載波包絡(luò)偏頻提供了一種緊湊的單箱解決方案愧驱。COSMO模塊利用納米光子波導(dǎo)技術(shù)將光限制在~ 1 μm的模式直徑。借助強(qiáng)烈的非線性光學(xué)效應(yīng)椭盏，使得COSMO模塊允許以小于200 pJ (即frep頻率=1 GHz時(shí)组砚，平均功率< 200 mW)的脈沖能量精確檢測fceo。zui后掏颊，由于1 GHz重復(fù)頻率的頻率梳的fceo可以從DC變化至500 MHz糟红，因此為激光提供快速反饋所需的電子設(shè)備并非微不足道。新的Vescent Photonics SLICE偏移鎖相(SLICE-OPL)盒提供了一種直接的反饋解決方案乌叶，可在高達(dá)10 GHz的頻率下反饋穩(wěn)定fceo盆偿。
圖2 1 GHz 1550 nm簡易光頻梳系統(tǒng)搭建
Menhir Photonics、Octave Photonics和Vescent Photonics的這三種突破性技術(shù)結(jié)合在一起准浴，便簡單形成了一個(gè)1 Ghz低噪聲飛秒激光頻率梳系統(tǒng)事扭。在這個(gè)系統(tǒng)中，完全穩(wěn)定的激光頻率梳可以在幾分鐘而不是幾天內(nèi)構(gòu)建出來乐横。各個(gè)光學(xué)模塊間由保偏光纖相互連接求橄，以簡化組裝難度并減少熱漂移。
我們將放大器輸出連接到COSMO模塊葡公，并調(diào)整放大器以提供zui強(qiáng)的fceo信號罐农。在300 kHz分辨率帶寬下，fceo的信噪比約為36 dB催什，在100 kHz分辨率帶寬下啃匿，信噪比約為42 dB(圖3)。這樣的信噪比數(shù)據(jù)對于fceo所需的精確可靠的鎖定來說綽綽有余蛆楞。然后，我們將fceo電信號連接到Vescent SLICE-OPL并開始反饋控制夹厌，這使得我們能夠?qū)ceo鎖定到任意RF頻率(圖3豹爹，右側(cè)藍(lán)色曲線)。當(dāng)我們增加反饋的增益時(shí)矛纹，我們看到fceo的中心變窄臂聋，“相干尖峰”出現(xiàn)在中心(圖3，右側(cè)橙色曲線)。這表明我們實(shí)現(xiàn)了fceo的精確鎖相孩等。在fceo鎖中觀察到的環(huán)內(nèi)剩余相位噪聲如圖4所示艾君，證實(shí)了對頻率低于40 khz的相位噪聲有很強(qiáng)的抑制作用。
圖3 使用COSMO單元檢測載波包絡(luò)偏移頻率fceo峰值
圖4 鎖定fceo的環(huán)內(nèi)相位噪聲
利用Menhir Photonics的MENHIR-1550激光器肄方，Octave Photonics的光頻梳偏頻鎖定模塊(COSMO)和Vescent Photonics的SLICE-OPL鎖相反饋模塊冰垄，可以輕松構(gòu)建簡易的超低噪音光學(xué)頻率梳系統(tǒng)。這一實(shí)驗(yàn)也表明目前這些模塊化的專業(yè)產(chǎn)品能夠以更低的尺寸权她、重量和功率要求實(shí)現(xiàn)較先jin的性能虹茶。上海昊量光電作為國內(nèi)專業(yè)的光電設(shè)備代理商，針對光頻梳隅要、微腔光頻梳蝴罪、fceo測量模塊、鎖相環(huán)步清、高重頻脈沖振蕩器等各類光電設(shè)備都可以提供選型及各項(xiàng)技術(shù)服務(wù)要门，并且與Menhir Photonics、Octave Photonics保持著長期穩(wěn)定合作廓啊。對于任何產(chǎn)品有興趣或者有任何問題欢搜，都?xì)g迎通過電話、電子郵件或者微信與我們聯(lián)系崖瞭。
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