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)轩猩，可以在激光脈沖能量小于140 pJ(平均功率<140 mW)的情況下實現(xiàn)對fceo的精確控制荡澎，信噪比>35dB摩幔，以更低的尺寸、重量和功率要求實現(xiàn)了zui先jin的性能,該系統(tǒng)可以作為一種簡單的1 GHz低噪聲的光學頻率梳解決方案或衡。
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1GHz低噪聲光頻梳的簡易偏頻鎖定系統(tǒng)
介紹
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)，可以在激光脈沖能量小于140 pJ(平均功率<140 mW)的情況下實現(xiàn)對fceo的精確控制偷办，信噪比>35dB，以更低的尺寸柄沮、重量和功率要求實現(xiàn)了性能,該系統(tǒng)可以作為一種簡單的1 GHz的超低噪聲光學頻率梳解決方案回梧。
正文
光學頻率梳因其具有高精度废岂、高靈敏度、高分辨率的特性狱意，為光學原子鐘详囤、精密光譜測量、阿秒科學等領域提供了一種可靠的光波-微波轉換工具藏姐。飛秒光梳本質上是一組特殊的飛秒脈沖光隆箩，它在時域上是一系列時間寬度在飛秒級別的超短脈沖捌臊，在頻域上是一系列間隔相等破停、位置固定、具有極寬光譜范圍的單色譜線曙寡。飛秒光梳實現(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糠爬，建立起了光波頻率和微波頻率的直接聯(lián)系卵皂≈让基于飛秒鎖模激光器，目前一般可以通過鎖定其重復頻率(frep)和載波包絡偏移頻率(fceo)來使得光梳梳齒穩(wěn)定殴玛。frep主要由諧振腔的幾何腔長L與介質折射率n決定添祸，使用外加電壓調(diào)控壓電陶瓷制動器(PZT)的方法就可以實現(xiàn)對frep的鎖定。相比之下刃泌，鎖定fceo則更為困難，常見的方法是通過f-2f自參考過程亚侠，生成超連續(xù)譜將光譜展寬至至少一個倍頻程，然后將低頻倍頻后與高頻拍頻測得fceo后接入鎖相環(huán)反饋器件進行鎖定俗扇。雖然工作頻率接近100 MHz重復頻率的光頻梳正在成為一種成熟的技術硝烂，但重復頻率為GHz的梳子仍然存在著大量挑戰(zhàn)铜幽。
首先串稀，傳統(tǒng)的激光器架構很難構建低噪聲且重復頻率>0.5 GHz的諧振結構狮杨，而MENHIR-1550飛秒激光器是一種在100 MHz至5 GHz的重復頻率下產(chǎn)生超低噪聲鎖模脈沖的穩(wěn)定光源模塊系統(tǒng)。其次橄教，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，平均功率>1 W)颗管，這樣才能方便與干涉儀進行高精度對準。而zui近滓走，Octave Photonics與Vescent Photonics合作垦江，開發(fā)了一項新的整合與封裝技術搅方。利用該項技術姨涡，光頻梳偏頻鎖定模塊(COSMO)為檢測激光頻率梳的載波包絡偏頻提供了一種緊湊的單箱解決方案衩藤。COSMO模塊利用納米光子波導技術將光限制在~1 μm的模式直徑赏表。借助強烈的非線性光學效應，使得COSMO模塊允許以小于200 pJ (即frep頻率=1 GHz時瓢剿，平均功率<200 mW)的脈沖能量精確檢測fceo悠轩。zui后间狂，由于1 GHz重復頻率的頻率梳的fceo可以從DC變化至500 MHz，因此為激光提供快速反饋所需的電子設備并非微不足道纺弊。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，可在高達10 GHz的頻率下反饋穩(wěn)定fceo骡男。
圖1 1 GHz 1550 nm飛秒激光器載波包絡偏頻穩(wěn)定實驗裝置
Menhir Photonics淆游、Octave Photonics和Vescent Photonics的這三種突破性技術結合在一起，便簡單形成了一個1 Ghz低噪聲飛秒激光頻率梳系統(tǒng)稽犁。在這個系統(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)構建出來来屠。各個光學模塊間由保偏光纖相互連接虑椎，以簡化組裝難度并減少熱漂移俱笛。MENHIR-1550飛秒激光器的輸出首先通過一條90厘米長的色散補償光纖以補償系統(tǒng)中其他組件的色散捆姜。然后泥技，1 GHz脈沖序列通過光學放大器進行放大并進入COSMO模塊磕仅。COSMO模塊包含超連續(xù)譜產(chǎn)生波導、二次諧波產(chǎn)生材料以及一個光電探測器榕订。經(jīng)過f-2f自拍頻過程后，來自光電探測器的電信號通過一個以~380 MHz為中心頻率的可調(diào)諧帶通濾波器來選擇fceo劫恒，然后用一個額外的RF放大器進行放大两嘴。該信號連接到Vescent SLICE-OPL丛楚，該模塊為MENHIR-1550的泵浦電流提供反饋憔辫，以實現(xiàn)fceo穩(wěn)定鸯檬。使用射頻頻譜分析儀可以清晰記錄fceo頻譜和噪聲頻譜喧务。在整個系統(tǒng)中枉圃，由于COSMO模塊的性能功茴，放大器泵浦電流提供140 mW (140 pJ)即可優(yōu)化fceo信號孽亲。
在偏頻鎖定COSMO模塊內(nèi)部，光信號產(chǎn)生了超連續(xù)譜玲昧。超連續(xù)光譜顯示在780 nm附近有一個峰，而1560 nm附近的光頻率加倍孵延，也會影響780 nm的光。為了在實驗上說明這個概念尘应，我們將一個封裝的超連續(xù)譜產(chǎn)生裝置連接到放大器的輸出端惶凝。圖2顯示了放大器的窄帶頻譜是如何轉換為脈沖能量高約140 pJ的超寬超連續(xù)譜犬钢。
圖2 COSMO模塊產(chǎn)生的超連續(xù)統(tǒng)
接下來，我們將放大器輸出連接到COSMO模塊混滔，并調(diào)整放大器以提供zui強的fceo信號歹颓。正如預期的那樣遍坟，信號優(yōu)化到約140 pJ時晴股，在300 kHz分辨率帶寬下，fceo的信噪比約為36 dB电湘，在100 kHz分辨率帶寬下，信噪比約為42 dB(圖3)怎诫。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。然后贷痪，我們將fceo電信號連接到Vescent SLICE-OPL并開始反饋控制，這使得我們能夠將fceo鎖定到任意RF頻率(圖3劫拢，右側藍色曲線)肉津。當我們增加反饋的增益時舱沧，我們看到fceo的中心變窄熟吏，“相干尖峰”出現(xiàn)在中心(圖3距糖，右側橙色曲線)悍引。這表明我們實現(xiàn)了fceo的精確鎖相恩脂。在fceo鎖中觀察到的環(huán)內(nèi)剩余相位噪聲如圖4所示，證實了對頻率低于40 khz的相位噪聲有很強的抑制作用趣斤。
圖3 使用COSMO單元檢測載波包絡偏移頻率fceo峰值
圖4 鎖定fceo的環(huán)內(nèi)相位噪聲
利用Menhir Photonics的MENHIR-1550激光器唬渗，Octave Photonics的光頻梳偏頻鎖定模塊(COSMO)和Vescent Photonics的SLICE-OPL鎖相反饋模塊奋渔，可以輕松構建載波包絡偏頻穩(wěn)定的飛秒激光系統(tǒng),表明了目前能夠以更低的尺寸镊逝、重量和功率要求,該系統(tǒng)可以作為1 GHz的超低噪聲光學頻率梳撑蒜。
關于生產(chǎn)商：
Octave Photonics成立于2019年，為各地大學座菠、實驗室以及公司提供基于非線性光子學的即用型器件藤树，主要包括：超連續(xù)譜生成浴滴、低功耗頻率梳岁钓、原子鐘、高帶寬通信屡限、衛(wèi)星子系統(tǒng)等等钧大。
Menhir photonics公司憑借其在超快激光行業(yè)30多年的累積經(jīng)驗翰撑，致力于開發(fā)提供尖端的飛秒激光解決方案啊央，對各類惡劣環(huán)境有極高的適應性眶诈。
上海昊量光電作為Octave Photonics與Menhir photonics在中國大陸地區(qū)的代理商，為您提供專業(yè)的選型以及技術服務瓜饥。對于任何產(chǎn)品有興趣或者有任何問題球拦，都歡迎通過電話、電子郵件或者微信與我們聯(lián)系。
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