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)，可以在激光脈衝(chong) 能量小於(yu) 140 pJ(平均功率<140 mW)的情況下實現對fceo的精確控製，信噪比>35dB，以更低的尺寸、重量和功率要求實現了的性能,該係統可以作為(wei) 一種簡單的1 GHz低噪聲的光學頻率梳解決(jue) 方案。
如何搭建簡易1GHz低噪聲光頻梳係統
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)，可以在激光脈衝(chong) 能量小於(yu) 140 pJ(平均功率<140 mW)的情況下實現對fceo的精確控製，信噪比>35dB，以更低的尺寸、重量和功率要求實現了性能,該係統可以作為(wei) 一種簡單的1 GHz的超低噪聲光學頻率梳解決(jue) 方案。
正文
光頻梳就是利用鎖模激光產(chan) 生超短光脈衝(chong) ，特色是相鄰脈衝(chong) 波時間間隔一模一樣。就像是一把擁有精密刻度的尺或定時器，隻不過一般的儀(yi) 器以毫米、毫秒為(wei) 單位，而光頻梳在長度的測量上精確勝過納米，時間則勝過飛秒、甚至達到。
光學頻率梳因其具有高精度、高靈敏度、高分辨率的特性，為(wei) 光學原子鍾、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。飛秒光梳本質上是一組特殊的飛秒脈衝(chong) 光，它在時域上是一係列時間寬度在飛秒級別的超短脈衝(chong) ，在頻域上是一係列間隔相等、位置固定、具有極寬光譜範圍的單色譜線。飛秒光梳實現了其頻率覆蓋範圍內(nei) 所有波長的直接鎖定並溯源至微波頻率基準，建立起了光波頻率和微波頻率的直接聯係。基於(yu) 飛秒鎖模激光器，目前一般可以通過鎖定其重複頻率(frep)和載波包絡偏移頻率(fceo)來使得光梳梳齒穩定。雖然工作頻率接近100 MHz重複頻率的光頻梳正在成為(wei) 一種成熟的技術，但重複頻率為(wei) GHz的梳子仍然存在著大量挑戰。
首先，傳(chuan) 統的激光器架構很難構建低噪聲且重複頻率> 0.5 GHz的諧振結構。然而近期，Menhir Photonics提出其MENHIR-1550飛秒激光器可以作為(wei) 飛秒脈衝(chong) 光梳的穩定光源模塊。其可以在100 MHz至5 GHz的重複頻率下產(chan) 生超低噪聲的鎖模脈衝(chong) ，且生成的每一根頻率梳線功率都大於(yu) 50 μW。根據其實驗室所提供的資料，利用該激光器所形成的光梳可以做到線寬< 20 kHz，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的脈衝(chong) 能量(即frep頻率= 1 GHz時，平均功率> 1 W)，這樣才能方便與(yu) 幹涉儀(yi) 進行高精度對準。而zui近，Octave Photonics與(yu) Vescent Photonics合作，開發了一項新的整合與(yu) 封裝技術。利用該項技術，光頻梳偏頻鎖定模塊(COSMO)為(wei) 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(jue) 方案。COSMO模塊利用納米光子波導技術將光限製在~ 1 μm的模式直徑。借助強烈的非線性光學效應，使得COSMO模塊允許以小於(yu) 200 pJ (即frep頻率=1 GHz時，平均功率< 200 mW)的脈衝(chong) 能量精確檢測fceo。zui後，由於(yu) 1 GHz重複頻率的頻率梳的fceo可以從(cong) DC變化至500 MHz，因此為(wei) 激光提供快速反饋所需的電子設備並非微不足道。新的Vescent Photonics SLICE偏移鎖相(SLICE-OPL)盒提供了一種直接的反饋解決(jue) 方案，可在高達10 GHz的頻率下反饋穩定fceo。
圖2 1 GHz 1550 nm簡易光頻梳係統搭建
Menhir Photonics、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(ge) 1 Ghz低噪聲飛秒激光頻率梳係統。在這個(ge) 係統中，完全穩定的激光頻率梳可以在幾分鍾而不是幾天內(nei) 構建出來。各個(ge) 光學模塊間由保偏光纖相互連接，以簡化組裝難度並減少熱漂移。
我們(men) 將放大器輸出連接到COSMO模塊，並調整放大器以提供zui強的fceo信號。在300 kHz分辨率帶寬下，fceo的信噪比約為(wei) 36 dB，在100 kHz分辨率帶寬下，信噪比約為(wei) 42 dB(圖3)。這樣的信噪比數據對於(yu) fceo所需的精確可靠的鎖定來說綽綽有餘(yu) 。然後，我們(men) 將fceo電信號連接到Vescent SLICE-OPL並開始反饋控製，這使得我們(men) 能夠將fceo鎖定到任意RF頻率(圖3，右側(ce) 藍色曲線)。當我們(men) 增加反饋的增益時，我們(men) 看到fceo的中心變窄，“相幹尖峰”出現在中心(圖3，右側(ce) 橙色曲線)。這表明我們(men) 實現了fceo的精確鎖相。在fceo鎖中觀察到的環內(nei) 剩餘(yu) 相位噪聲如圖4所示，證實了對頻率低於(yu) 40 khz的相位噪聲有很強的抑製作用。
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的環內(nei) 相位噪聲
利用Menhir Photonics的MENHIR-1550激光器，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，可以輕鬆構建簡易的超低噪音光學頻率梳係統。這一實驗也表明目前這些模塊化的專(zhuan) 業(ye) 国产欧美在线能夠以更低的尺寸、重量和功率要求實現性能。上海昊量光電作為(wei) 國內(nei) 專(zhuan) 業(ye) 的光電設備代理商，針對光頻梳、微腔光頻梳、fceo測量模塊、鎖相環、高重頻脈衝(chong) 振蕩器等各類光電設備都可以提供選型及各項技術服務，並且與(yu) Menhir Photonics、Octave Photonics保持著長期穩定合作。對於(yu) 任何国产欧美在线有興(xing) 趣或者有任何問題，都歡迎通過電話、電子郵件或者微信與(yu) 我們(men) 聯係。
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