如何搭建简易1GHz低噪声光频梳系统

是怎样的建造简单易懂1GHz低噪音分贝光频梳系統

解绍

利用OCTave Photonics光(guang)频(pin)梳偏(pian)频(pin)锁定模块(COSMO)来检测Menhir Photonics 1550 nm 1GHz飞秒激光(guang)器(qi)的(de)载波(bo)包膜偏(pian)移频(pin)率(fceo)，可(ke)以在激光(guang)脉冲能(neng)量(liang)小于140 pJ(平(ping)均功率<140 mW)的(de)情况下实现(xian)对fceo的(de)精(jing)确控(kong)制，信噪(zao)(zao)比>35dB，以更低的(de)尺(chi)寸(cun)、重量(liang)和功率要求实现(xian)了(le)zui先jin的(de)性(xing)能(neng),该系统可(ke)以作为(wei)一种简单(dan)的(de)1 GHz的(de)超低噪(zao)(zao)声光(guang)学频(pin)率梳解决方(fang)案。

正文光频梳就会进行锁模脉宽激光生成超短光脉宽，独特的是紧邻脉宽波时段断一模是一样的。光频梳就如同三把拥用精密器材刻线的尺或随机器，只只有一般来说的器材以毫米（mm）、毫秒为企事业单位，而光频梳在直径的检测的上精准度优于nm，时则优于飞秒、恐怕提升阿秒。

光学(xue)频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)梳因其(qi)(qi)具有高(gao)(gao)精度、高(gao)(gao)灵(ling)敏度、高(gao)(gao)分辨(bian)率(lv)(lv)(lv)的(de)特性，为(wei)光学(xue)原子(zi)(zi)钟、精密光谱测量、阿秒(miao)(miao)科学(xue)等(deng)领域提供(gong)了(le)一(yi)种可(ke)靠的(de)光波(bo)(bo)-微(wei)波(bo)(bo)转(zhuan)换工(gong)具。飞秒(miao)(miao)光梳本质(zhi)上(shang)是一(yi)组特殊(shu)的(de)飞秒(miao)(miao)脉(mai)冲(chong)(chong)光，它在(zai)时(shi)域上(shang)是一(yi)系列(lie)时(shi)间(jian)宽度在(zai)飞秒(miao)(miao)级别的(de)超短脉(mai)冲(chong)(chong)，在(zai)频(pin)(pin)域上(shang)是一(yi)系列(lie)间(jian)隔相等(deng)、位置固定(ding)、具有极(ji)宽光谱范围(wei)的(de)单色谱线。飞秒(miao)(miao)光梳实现了(le)其(qi)(qi)频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)覆(fu)盖范围(wei)内所有波(bo)(bo)长(zhang)的(de)直接锁定(ding)并溯(su)源至微(wei)波(bo)(bo)频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)基准，建立(li)起(qi)了(le)光波(bo)(bo)频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)和微(wei)波(bo)(bo)频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)的(de)直接联系。基于(yu)飞秒(miao)(miao)锁模(mo)激(ji)光器，目前一(yi)般可(ke)以通过锁定(ding)其(qi)(qi)重复频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(frep)和载(zai)波(bo)(bo)包络偏移频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(fceo)来使得光梳梳齿稳定(ding)。虽然工(gong)作频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)接近100 MHz重复频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)的(de)光频(pin)(pin)梳正(zheng)在(zai)成(cheng)为(wei)一(yi)种成(cheng)熟的(de)技术，但(dan)重复频(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)为(wei)GHz的(de)梳子(zi)(zi)仍然存在(zai)着大量挑战。

一开始，传统型的缴光器架构部署没法打造低噪音分贝且相似概率> 0.5 GHz的谐振空间结构。或许近年，Menhir Photonics提交其MENHIR-1550飞秒缴光器是行作为一个飞秒脉冲发生器激光行业光梳的动态平衡光线版块。其是行在100 MHz至5 GHz的相似概率下所产生极低噪音分贝的锁模脉冲发生器激光行业，且转化成的每一位根概率梳线效率都高于50 μW。可根据显然验室所供应的资科，运用该缴光器所达成的光梳是行达到线宽< 20 kHz，信噪比> 70 dbc。

图1    频带宽度梳线举手图

其(qi)次，锁(suo)定fceo的(de)(de)f-2f自(zi)参(can)考过程通常要(yao)求激(ji)光(guang)(guang)拥有至(zhi)少1 nJ的(de)(de)脉冲能量(即(ji)frep频(pin)(pin)率(lv)(lv)= 1 GHz时(shi)(shi)，平(ping)均功(gong)率(lv)(lv)> 1 W)，这样(yang)才(cai)能方便与干涉仪进(jin)行高精(jing)度对准。而zui近(jin)，Octave Photonics与Vescent Photonics合作，开发了一(yi)项新的(de)(de)整(zheng)合与封(feng)装技(ji)术。利用(yong)该项技(ji)术，光(guang)(guang)频(pin)(pin)梳(shu)偏频(pin)(pin)锁(suo)定模(mo)块(kuai)(COSMO)为(wei)检(jian)测激(ji)光(guang)(guang)频(pin)(pin)率(lv)(lv)梳(shu)的(de)(de)载波(bo)包络偏频(pin)(pin)提供(gong)(gong)了一(yi)种紧凑的(de)(de)单箱(xiang)解决方案(an)。COSMO模(mo)块(kuai)利用(yong)纳米光(guang)(guang)子(zi)波(bo)导技(ji)术将(jiang)光(guang)(guang)限制在(zai)~ 1 μm的(de)(de)模(mo)式直径。借助强烈的(de)(de)非线性光(guang)(guang)学(xue)效(xiao)应，使得COSMO模(mo)块(kuai)允许以(yi)(yi)小于200 pJ (即(ji)frep频(pin)(pin)率(lv)(lv)=1 GHz时(shi)(shi)，平(ping)均功(gong)率(lv)(lv)< 200 mW)的(de)(de)脉冲能量精(jing)确检(jian)测fceo。zui后，由于1 GHz重(zhong)复频(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)频(pin)(pin)率(lv)(lv)梳(shu)的(de)(de)fceo可以(yi)(yi)从DC变化(hua)至(zhi)500 MHz，因此(ci)为(wei)激(ji)光(guang)(guang)提供(gong)(gong)快速反馈所需的(de)(de)电子(zi)设备并非微不(bu)足道(dao)。新的(de)(de)Vescent Photonics SLICE偏移锁(suo)相(SLICE-OPL)盒提供(gong)(gong)了一(yi)种直接的(de)(de)反馈解决方案(an)，可在(zai)高达10 GHz的(de)(de)频(pin)(pin)率(lv)(lv)下反馈稳(wen)定fceo。

图2    1 GHz 1550 nm简易法光频梳程序制作

Menhir Photonics、Octave Photonics和Vescent Photonics的这八种翻过性高技术紧密联系在一齐，便轻松生成一个1 Ghz低噪音污染飞秒缴光频繁 梳装置。在此装置中，增强的缴光频繁 梳能够在很多钟而不会多久内建设出。有几个光学反应传感器间由保偏光钎充分连入，以抽象化主装高难度并变少热漂移。

我们(men)将放(fang)大(da)器输出连(lian)(lian)接(jie)到COSMO模块，并调(diao)整放(fang)大(da)器以(yi)提供(gong)zui强(qiang)的(de)(de)(de)fceo信(xin)(xin)号。在300 kHz分辨(bian)率(lv)(lv)带(dai)(dai)宽(kuan)下，fceo的(de)(de)(de)信(xin)(xin)噪(zao)(zao)比(bi)约(yue)为(wei)36 dB，在100 kHz分辨(bian)率(lv)(lv)带(dai)(dai)宽(kuan)下，信(xin)(xin)噪(zao)(zao)比(bi)约(yue)为(wei)42 dB(图(tu)3)。这(zhei)样的(de)(de)(de)信(xin)(xin)噪(zao)(zao)比(bi)数据对于(yu)(yu)fceo所需的(de)(de)(de)精确(que)可(ke)靠的(de)(de)(de)锁(suo)(suo)定来(lai)说绰绰有(you)余(yu)。然后(hou)，我们(men)将fceo电信(xin)(xin)号连(lian)(lian)接(jie)到Vescent SLICE-OPL并开始(shi)反馈(kui)控制(zhi)，这(zhei)使得我们(men)能够(gou)将fceo锁(suo)(suo)定到任意RF频率(lv)(lv)(图(tu)3，右(you)侧(ce)蓝色曲(qu)线)。当我们(men)增(zeng)加反馈(kui)的(de)(de)(de)增(zeng)益时，我们(men)看(kan)到fceo的(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)心变窄，“相(xiang)干尖峰"出现在中(zhong)(zhong)心(图(tu)3，右(you)侧(ce)橙色曲(qu)线)。这(zhei)表(biao)明我们(men)实现了fceo的(de)(de)(de)精确(que)锁(suo)(suo)相(xiang)。在fceo锁(suo)(suo)中(zhong)(zhong)观(guan)察到的(de)(de)(de)环内剩余(yu)相(xiang)位噪(zao)(zao)声如图(tu)4所示(shi)，证实了对频率(lv)(lv)低(di)于(yu)(yu)40 khz的(de)(de)(de)相(xiang)位噪(zao)(zao)声有(you)很强(qiang)的(de)(de)(de)抑制(zhi)作用。

图3    便用COSMO单位查测载(zai)波(bo)包络偏(pian)位的(de)频率fceo基线

图4    锁定fceo的环内相位噪(zao)声

利用Menhir Photonics的MENHIR-1550激光器，Octave Photonics的光频梳偏频锁定模块(COSMO)和Vescent Photonics的SLICE-OPL锁相反馈模块，可以轻松构建简易的超低噪音光学频率梳系统。这一实验也表明目前这些模块化的专业产品能够以更低的尺寸、重量和功率要求实现zui先jin的性能。上海昊量光电作为国内专业的光电设备代理商，针对光频(pin)梳、微腔光频(pin)梳、fceo测量模(mo)块、锁相环、高重频(pin)脉冲振荡器等各类光电设备都可(ke)以提(ti)供选型及各项(xiang)技术服务，并且与Menhir Photonics、Octave Photonics保持着长期(qi)稳定合作。

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