用于等效时间采样应用的空间多路单腔双光梳激光器

 

1．讲述

双光学频率梳(简称双光梳)[1]的概念在光频梳被提出后不久被引入[2-4]。在时域上，双光梳可以理解为两个相干光脉冲序列，它们的重复频率有轻微的偏移。自问世以来，双光梳光源及其应用一直一个重要研究课题[5]。双光梳光源与早期用于泵浦探测测量的激光系统有许多相似之处。特别是，利用两种不同重复频率对超快现象进行采样的想法，早在20世纪80年代就已经通过等效时间采样概念的演示进行了探索[6,7]。在这种情况下，通过frep/ 的因子，超快动态过程在时域中被缩小到更慢的等效时间。这里frep是采样频率，是(shi)采(cai)样频(pin)率与(yu)激(ji)发重频(pin)的(de)差值(zhi)。这(zhei)(zhei)个(ge)(ge)(ge)(ge)概念很快通过一(yi)(yi)对(dui)(dui)相(xiang)互稳(wen)定(ding)(ding)(ding)的(de)锁(suo)(suo)(suo)模激(ji)光(guang)器(qi)实(shi)(shi)现，通常(chang)被(bei)称为异步光(guang)采(cai)样(ASOPS)[8]。双(shuang)光(guang)梳方(fang)法和ASOPS激(ji)光(guang)系(xi)统的(de)一(yi)(yi)个(ge)(ge)(ge)(ge)显(xian)著(zhu)区别(bie)是(shi)两(liang)(liang)个(ge)(ge)(ge)(ge)脉(mai)(mai)冲(chong)序列锁(suo)(suo)(suo)在(zai)一(yi)(yi)起的(de)相(xiang)位(wei)(wei)和定(ding)(ding)(ding)时(shi)的(de)精度。因(yin)为双(shuang)光(guang)梳锁(suo)(suo)(suo)模的(de)发明，特(te)别(bie)是(shi)在(zai)一(yi)(yi)个(ge)(ge)(ge)(ge)自由运行的(de)激(ji)光(guang)腔(qiang)(qiang)产生两(liang)(liang)个(ge)(ge)(ge)(ge)光(guang)频(pin)梳，这(zhei)(zhei)个(ge)(ge)(ge)(ge)边界已(yi)经变得模糊。这(zhei)(zhei)种激(ji)光(guang)器(qi)最(zui)初是(shi)在(zai)光(guang)纤[9]和固态[10,11]增益材料中实(shi)(shi)现的(de)，随后(hou)出现了(le)大量的(de)激(ji)光(guang)腔(qiang)(qiang)多(duo)路复用方(fang)法[12]。由于脉(mai)(mai)冲(chong)在(zai)同(tong)一(yi)(yi)腔(qiang)(qiang)内循环，它(ta)们经历类似的(de)干扰，导(dao)致相(xiang)关(guan)的(de)噪声特(te)性(xing)，这(zhei)(zhei)对(dui)(dui)于实(shi)(shi)际应(ying)用[13]来说已(yi)经足够了(le)。类似地，与(yu)电子锁(suo)(suo)(suo)定(ding)(ding)(ding)异步光(guang)采(cai)样ASOPS系(xi)统相(xiang)比，由于共(gong)腔(qiang)(qiang)结构(gou)和锁(suo)(suo)(suo)模激(ji)光(guang)器(qi)振荡器(qi)的(de)优秀无源稳(wen)定(ding)(ding)(ding)性(xing)，有降(jiang)低时(shi)间抖动(dong)的(de)潜力(li)[14,15]。此外，由于这(zhei)(zhei)些(xie)系(xi)统显(xian)著(zhu)降(jiang)低了(le)复杂性(xing)(一(yi)(yi)个(ge)(ge)(ge)(ge)振荡器(qi)，没有复杂的(de)锁(suo)(suo)(suo)定(ding)(ding)(ding)电子设备)，它(ta)们可以在(zai)双(shuang)光(guang)梳激(ji)光(guang)器(qi)通常(chang)无法达到的(de)新应(ying)用领(ling)域实(shi)(shi)现实(shi)(shi)际测量。另一(yi)(yi)方(fang)面(mian)，自由运行的(de)激(ji)光(guang)器(qi)容易受(shou)到相(xiang)对(dui)(dui)光(guang)学相(xiang)位(wei)(wei)漂移和两(liang)(liang)个(ge)(ge)(ge)(ge)脉(mai)(mai)冲(chong)序列之间重复频(pin)率差异的(de)影响，这(zhei)(zhei)必须加以考虑。

 有史以来就行，单腔双频梳智能机械器的正常运作一般 是在智能机械定制或耐腐蚀性上的折衷。举例说明，将无源双弯折结晶进到这一领域腔中[10]，用双弯折收获值开关元件对偏腔线[16]，合拼智能机械收获值带宽起步[17]，或凭借方形腔的双项正常运作[9,11]。之前，在高工率锁模薄片智能机械器的结构中也实验了包括独立性腔端镜的环境破乳模构架[18,19]。只不过，在这类新的达到中，并不算全部的的内腔模块也都是独享的能够大幅度降低正常燥音能够抑制。 

在这篇文章中，我们提出了一种激光腔多路复用的新方法，通过在表面插入一个具有两个独立角度的单片器件，例如双棱镜，使空间分离模式存在。因此，通过在适当的位置安装双棱镜，可以将对单光频梳操作*优的空腔适应为双光频梳空腔。利用这种方法，在80 MHz重复频率，在脉冲小于140fs的情况下，我们从单个固体激光器腔中获得了2.4 W的平均功率。两个光频梳的重复频率差可在[- 450Hz, 600Hz]范围内调节。表征得到脉冲之间的相对时序噪声为仅为光周期的一小部分：在[20 Hz至100 kHz]的综合带宽下为2.2 fs。这是迄今为止报告的在这个频率范围内自由运行的双梳激光器中zui 低的相对时间噪声。此外，我们在多路复用元件上应用压电反馈来抵消低频环境干扰和漂移，因此我们可以在超过5小时内实现标准偏差为70的重复频率差稳定性。

 

2．谐(xie)振腔(qiang)设置(zhi)与谐(xie)振器性

 

图(tu)1如(ru)图(tu)。(a)机(ji)光(guang)(guang)(guang)器腔方(fang)式 。泵(beng)浦(pu)运行一家980nm多(duo)模稳压管。DM:泵(beng)浦(pu)/机(ji)光(guang)(guang)(guang)器二色性，OC:机(ji)光(guang)(guang)(guang)器输送交叉(cha)耦合器， 5.5%的(de)(de)机(ji)光(guang)(guang)(guang)器映出率，泵(beng)浦(pu)光(guang)(guang)(guang)高映出率。增加收益(yi)媒(mei)介是夹杂着4.5%的(de)(de)Yb:CaF2多(duo)晶体(ti) [20]。该腔用都具有(you)(you)介电(dian)媒(mei)介边侧铝层的(de)(de)多(duo)量子阱(jing)SESAM，有(you)(you)高饱和(he)通量Fsat=142J/cm2，幅度调制深(shen)浅R=1.1%。(b)机(ji)光(guang)(guang)(guang)器输送耗油率和(he)电(dian)磁不断地精(jing)力随总泵(beng)浦(pu)耗油率的(de)(de)转化。

 图1(a)表明了自己的自由自在正常运作双光频梳智能机械腔的页面布局。自己动用多模泵浦稳压管和端泵浦腔设计，相似于自己先前了解的偏振多路复用双梳状智能机械器的运行环境[20,21]。只不过，与过往的了解相反的成语，在有源组件，即增益控制控制纳米线和光电器件供大于求吸附镜(SESAM)上的房间隔离是可以凭借复制的拥有间距光反射涂覆的双反射镜来收获了的。可以凭借动用的顶角179°的双反射镜，自己收获了了在增益控制控制物料上策略隔离1.6 mm放在SESAM上策略隔离1 mm。图1(b)表明了扫描机泵浦效果时单独一个光梳的耐腐蚀性。该孤子锁模智能机械器的最大程度业务点相匹配2.4 W均值伤害效果，电脉冲维持用时分别是为138 fs(comb1)和132 fs(comb2)，智能机械器的光对光效果为40%。 大家收获了两只光频梳的自加载锁模。在最快转换额定工作电压下的二氧化碳智能机械转换检测图甲中2(a-b)图甲中，这觉得基模固定是很干静的。电容式致动器就可在间歇间内多次调试双反射镜的橫向地理位置，把其装在个旋转变换舞台上，该旋转变换台可使用电容式致动器实现大使用范围的同一个步进驱动器调试。双反射镜的旋转变换就可懂得调整两只光频梳的重新率差，从-450 Hz到600 Hz，对二氧化碳智能机械转换的性能的关系就可依赖不计入(图2(c))。在极大的旅行线路时，双反射镜三角形的中心上的模削因素导至转换额定工作电压的下降。 

图2下(xia)图。(a)用光谱剖析(xi)仪(yi)解(jie)析(xi)仪(yi)(辨(bian)认率(lv)放(fang)置为0.08 nm)衡量(liang)多数撸点下(xia)的(de)(de)激光机器传输(shu)光谱剖析(xi)仪(yi)。(b)用微(wei)波频射频谱解(jie)析(xi)仪(yi)解(jie)析(xi)很快光电(dian)科技产品(pin)电(dian)子(zi)元器件大家(jia)庭(ting)中(zhong)的(de)(de)一员(yuan)-二极管(guan)生(sheng)成的(de)(de)光电(dian)科技产品(pin)流的(de)(de)归一化电(dian)率(lv)谱比(bi)热容。插画图片表明变成的(de)(de)5个频射梳的(de)(de)单次(ci)谐(xie)波。(c)双菱镜侧(ce)部不一样的(de)(de)职位的(de)(de)相同频次(ci)性别差异(yi)。

 

3．环境噪声特征

收起来了，我监测了共腔做法拿到三个电磁回文字段与低相时光抽动更一致性。首选，我展开相位噪音形态，试着拿到的分开的电磁回文字段的都应该说 时光抽动。我在的迅速光电产品整流二极管(DSC30S, Discovery Semiconductors Inc.)上检侧的电磁回文字段，并确定会有调节谐带通滤波器的第6个重叠频繁谐波。该4g数值信息都应该通过4g数值信息源了解仪(SSA) (E5052B, Keysight)展开了解。获取的相位噪音工作电压谱黏度(PSD)和综上时光抽动如同3如下图所示。从预估中我观察到，每的分开的电磁回文字段的都应该说 时光抽动相当小，相位噪音PSD让人觉得了都应该说雷同。为了能够预估三个电磁回文字段两者之间的都应该说 时光抽动的相应的性，我设计一个多种基本概念梳齿活跃 的相时光抽动预估技巧，该技巧采用了三个单频持续二氧化碳机光器器[22]。这些相时光抽动预估技巧都应该具体分析其中任何重叠频繁差下什么是人权开机作业的双梳二氧化碳机光器的不相应的噪音。获取的不相应的的相时序抽动在图3选用黑线写出。我出现相时光抽动均值比都应该说 时光抽动低25dB，这体现了基于单腔设计，有有效的共相位噪音遏制。集成化的相指定時光抽动为2.2 fs [20 Hz, 100 kHz]。这体现了，所有在较长的数值爬取时光内，也都应该从什么是人权开机作业的二氧化碳机光器腔拿到亚时间相指定時光抽动。 

图3一(yi)样。(a)适(shi)用(yong)的(de)(de)(de)信(xin)号(hao)分折仪量测(ce)每项智能(neng)回文队(dui)列的(de)(de)(de)根本(ben)(紫色和黄色)时序(xu)(xu)躁声。适(shi)用(yong)[22]中描术的(de)(de)(de)技巧量测(ce)的(de)(de)(de)几个智能(neng)回文队(dui)列互相的(de)(de)(de)对应时序(xu)(xu)会抖(自然黑(hei)色)。(b)时序(xu)(xu)躁声弧度(du)积分兑换(huan)能(neng)够的(de)(de)(de)时序(xu)(xu)会抖。

 小编规划设计了这类激光机器机器手术器用在等效时候监测软件利用领域领域，如泵浦侦测光谱分析图分析图分析和皮秒多普勒彩超[20]。往往，小编也不简略探析该面灯光怎么样去 适用人群在需用长远取决于光电器件相位安全稳定分析性的高分数辨率双梳光谱分析图分析图分析。在50毫秒的获取生长期内，会监测到有一些频射梳齿构造设计。同时，高精度的双光梳光谱分析图分析图分析学软件利用领域领域确实依耐于用一款 或很多个联续波激光机器机器手术器跟踪定位光电器件相位上下波动，举例子完成自不适应监测最简单的方法，如[23]中的展示英文。从图3会关注到，在700 Hz和1600 Hz左右有多个躁声阀值，这也许是由自动化设备振动现象促使的，往往会完成细心地的光电器件自动化设备优化调整来消减。同时，这部分振动现象降低了多个智能回文序列共同间的相位相干性。伴随不大的光带宽起步和取决于较低的80 MHz的重频，混叠前提条件规定要求在500 Hz接下来的重频差比率内便用。在如此一来的低頻率下，自动化设备躁声例如存在作出谐振，将会影响共同相位相干性。更适宜什么是自由行驶双光梳光谱分析图分析图分析的构造设计包扩较高的重频和重频不一致性，如[13,22]，走过样的措施中强调的工艺探寻将是在未来运行的主题性。走过文章内容内容中，小编着重于于将这类新面灯光软件利用领域领域在泵浦侦测光谱分析图分析图分析的软件利用领域领域，走过里，激光机器机器手术的阀值最大功率会把他们拿来立即提高非波形时。80MHz的重频会达到12.5 ns的大延缓扫锚比率，较低的取决于定期发抖会用在高精度的时候轴复位。 缴光手术对于挠度噪音分贝(RIN)是很多如何快速抽样广泛应用的的关键技巧指标中之一。你们在低于高动态信息区域自动精确量测硬件配置中分头析了你们的缴光手术器的RIN。你们的利用另一些光電二级管，每家光频梳的平均值梳齿功效也快速设置为10mW。从而荣获RIN光谱图，你们的利用SSA采取基带自动精确量测。应当，你们用另一些低噪音分贝跨抗阻放小器(DLPCA-200, Femto)自动精确量测底频量用(<200 kHz)。从而自动精确量测最高频点的量用，你们用另一些偏置TEE (BT45R, SHF光纤通信技巧AG)拆分讯号的座谈会和直流电源部份。座谈会部份用低噪音分贝电压值放小器(DUPVA-1-70, Femto)放小。将两位自动精确量测值裁剪在一件，得出每家光频梳的全部RIN谱，如同4提示。你们知道每家光梳的宗合RIN值< 3.1х10-5 [1 Hz, 1 MHz]。 

图4如图所(suo)示各光梳的(de)(de)相对应強度噪音污染谱。随着光電电(dian)子元器件大(da)家庭中的(de)(de)一员-二极管的(de)(de)型号规格和量测的(de)(de)输(shu)人(ren)电(dian)机功率运(yun)算散粒噪音污染限制。

 

4．等效时光采集运(yun)用(yong)

为了要使皮秒离子束器选用于泵浦侦测光谱仪分析选用，各位将它与一两位光物理量震荡器(OPO)的一两位效果的光线解耦。OPO要构建光谱仪的多色泵浦侦测测试。不仅，根据OPO是导入泵浦，两位单脉冲离子束编码序列相互的比较耗时持续不便。各位用ppln硫化锌(HC Photonics)方案一个多两位警报谐振在1600nm的OPO。用2 W效果的的comb1泵浦可取得876 mW的警报光。的同时，各位还生产了OPO警报的多次谐波，以取得800 nm的光，测试单脉冲离子束频次为151 fs，平均水平公率为390 mW。从震荡器效果的的comb2可快速倍频取得526 nm的光，使该皮秒离子束源称得上各项光谱仪下期望的光谱仪分析学专用工具。 关键在于在学习环境突发的变化时可不可以兑换重频差的长时安全稳相关性，我门控制了个慢评议反馈控制。comb1和comb2的组成部分额定功率下发 到应用于BBO的光电技术其他人关器。我门食用一几率记数器，在统计其他人关数字4g网络信号之前的周期来跟踪定位重频差的变化，相似于[20,21]中食用的措施。与其，我门食用了个私人订制的FPGA信息输出模块，该信息输出模块能以100Hz或会高的采摘强度单位下得到comb1和comb2的重频差，高精准度好于10-6。统计的重频差数字4g网络信号在统计电脑上除理，在改善产生到光电探测器致动器上的相线电压来对多路复用元器件封装实现调整。相线电压数字4g网络信号以约frep的强度单位更新换代。

为了验证两组多色脉冲序列的相对长期稳定性，我们用另一种光学互相关装置测量重频差，如图5(a)所示。我们将OPO倍频输出(800 nm，comb1)与直接激光输出(1052 nm，comb2)相互关联。在超过5小时的时间窗口中，我们发现重频差波动标准差为70，如图5(b)所(suo)示。

 

图5图示。(a)带二个光电技术交错式涉及器(XCORR)的多色等效事件采集部件。XCORR 1主要用到向脉冲激光提拱慢跟进，XCORR 2主要用到进行环外测定。(b)运用XCORR 2的长时间重频差稳固性。设定为300Hz。

 

5．得出结论

企业展示会打了个种有创意的二氧化碳脉冲光机器机器腔重复使用技术方式，该方式能在相同一自由振荡器中有着哪几种区域空间脱离的准共径腔形式。企业能够建立云同步的形式选择，每路导出脉宽高于140 fs，人均工作电压不超2.4 W。企业还描述英文了终合速率20 Hz到100 kHz区域内的相对应定期晃动在亚生经常区域内。企业进十步将一种强大的的固定二氧化碳脉冲光机器机器器与OPO藕合，以取得泵浦检测采集应运的多色光导出配制。为解决其中有机会转换重叠频段差的慢场景漂移，企业在双反射镜具体位置上建立打了个个依据慢是交叉标定的调查问卷环路，使企业取得了经常耐热性正常的双光梳。但是，企业的模式搭配了这哪几种方式的优点有哪些：共腔双光梳二氧化碳脉冲光机器机器器的高处于被动动态平衡性和简易性，与对选择二氧化碳脉冲光机器机器模式漂移的免疫性性。企业的的结果关系证明了新的二氧化碳脉冲光机器机器腔多路重复使用技术方式的方便使用性，并展示其在泵浦检测和等效事件采集应运中的不可估量潜质。 

关于幼儿(er)园制造商K2Photonics：

 

K2Photonics是天津园区苏黎士联邦政府理工技术应用学校技术应用学校量子光电技术应用子学理论研所主打产品大工司主打产品发展大工司。其把新的依据单腔双光梳脉冲光器理论理论研究的新成就采取商业性的化，为泵浦探测系统和异步光采样ASOPS等利用大家给出不错灯光。济南昊量光电技术应用用作K2Photonics的中国大进口代理，为您给出专科的选择或是技术应用服务管理。对单腔双光梳脉冲光器有业余爱好并且一点情况，都受欢迎实现热线、光电技术应用子发邮件并且朋友圈与公司找。 

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（本(ben)段(duan)译(yi)自Spatially multiplexed single-cavity dual-comb laser for equivalent time sampling applications（J. Pupeikis,1,* B. Willenberg,1,* S. L. Camenzind,1 A. Benayad,2 P. Camy,2 C. R. Phillips,1,* And U. Keller1 &nbsp;  

1 Department of Physics, Institute for Quantum Electronics, ETH Zurich, Auguste-Piccard-Hof 1, 8093 Zurich, Switzerland 2 Centre de Recherche sur Les Ions, Les Matériaux et La Photonique (CIMAP), UMR 6252 CEA-CNRS-ENSICAEN, Université de Caen Normandie, 6 Boulevard Du Maréchal Juin, 14050, Caen Cedex 4, France）

 

考生论文资料

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