如何搭建简易1GHz低噪声光频梳系统

如何才能安装简便1GHz低低频噪音光频梳设备

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利用OCTave Photonics光频梳偏频锁定模块(COSMO)来检测Menhir Photonics 1550 nm 1GHz飞秒激光器的载波包膜偏移频率(fceo)，可以在激光脉冲能量小于140 pJ(平均功率<140 mW)的情况下实现对fceo的精确控制，信噪比>35dB，以更低的尺寸、重量和功率要求实现了zui先jin的性能,该系统可以作为一种简单的1 GHz的超低噪声光学频率梳解决方案。

正文光频梳还是利用率锁模电输入脉冲光生产超短光电输入脉冲，优点是毗邻电输入脉冲波时光相隔一模普通。光频梳就更像是一块赋予精密加工读数的尺或定時器，只不到普通的测试仪器以直径、毫秒为机关单位，而光频梳在总长的在测量上精密超过纳米级，时光则超过飞秒、恐怕可达到阿秒。

光学频率梳因其具有高精度、高灵敏度、高分辨率的特性，为光学原子钟、精密光谱测量、阿秒科学等领域提供了一种可靠的光波-微波转换工具。飞秒光梳本质上是一组特殊的飞秒脉冲光，它在时域上是一系列时间宽度在飞秒级别的超短脉冲，在频域上是一系列间隔相等、位置固定、具有极宽光谱范围的单色谱线。飞秒光梳实现了其频率覆盖范围内所有波长的直接锁定并溯源至微波频率基准，建立起了光波频率和微波频率的直接联系。基于飞秒锁模激光器，目前一般可以通过锁定其重复频率(frep)和载波包络偏移频率(fceo)来使得光梳梳齿稳定。虽然工作频率接近100 MHz重复频率的光频梳正在成为一种成熟的技术，但重复频率为GHz的梳子仍然存在着大量挑战。

第一步，常用的智能机械器网络架构真难建设低躁声且重覆几率> 0.5 GHz的谐振的结构。以至于前段时间，Menhir Photonics给出其MENHIR-1550飞秒智能机械器就能够成为飞秒单脉宽光梳的不稳定性led灯光摸块。其就能够在100 MHz至5 GHz的重覆几率下产生低好躁声的锁模单脉宽，且添加的每段根几率梳线工作电压都大于等于50 μW。随着或许验室所保证的材质 ，利于该智能机械器所造成的光梳就能够做好线宽< 20 kHz，信噪比> 70 dbc。

图1    频段梳线示图图

其次，锁定fceo的f-2f自参考过程通常要求激光拥有至少1 nJ的脉冲能量(即frep频率= 1 GHz时，平均功率> 1 W)，这样才能方便与干涉仪进行高精度对准。而zui近，Octave Photonics与Vescent Photonics合作，开发了一项新的整合与封装技术。利用该项技术，光频梳偏频锁定模块(COSMO)为检测激光频率梳的载波包络偏频提供了一种紧凑的单箱解决方案。COSMO模块利用纳米光子波导技术将光限制在~ 1 μm的模式直径。借助强烈的非线性光学效应，使得COSMO模块允许以小于200 pJ (即frep频率=1 GHz时，平均功率< 200 mW)的脉冲能量精确检测fceo。zui后，由于1 GHz重复频率的频率梳的fceo可以从DC变化至500 MHz，因此为激光提供快速反馈所需的电子设备并非微不足道。新的Vescent Photonics SLICE偏移锁相(SLICE-OPL)盒提供了一种直接的反馈解决方案，可在高达10 GHz的频率下反馈稳定fceo。

图2    1 GHz 1550 nm简宜光频梳设备构造

Menhir Photonics、Octave Photonics和Vescent Photonics的这三种方法打破性软件系統通过在一块儿，便简简单单行成好几回个1 Ghz低躁音飞秒缴光手术工作平率梳软件系統。在这家软件系統中，维持的缴光手术工作平率梳可在两15分钟而不能多久内营造出来的。各级光学仪器摸块间由保偏光纤线互不联系，以减化制做高难度并少热漂移。

我们将放大器输出连接到COSMO模块，并调整放大器以提供zui强的fceo信号。在300 kHz分辨率带宽下，fceo的信噪比约为36 dB，在100 kHz分辨率带宽下，信噪比约为42 dB(图3)。这样的信噪比数据对于fceo所需的精确可靠的锁定来说绰绰有余。然后，我们将fceo电信号连接到Vescent SLICE-OPL并开始反馈控制，这使得我们能够将fceo锁定到任意RF频率(图3，右侧蓝色曲线)。当我们增加反馈的增益时，我们看到fceo的中心变窄，“相干尖峰"出现在中心(图3，右侧橙色曲线)。这表明我们实现了fceo的精确锁相。在fceo锁中观察到的环内剩余相位噪声如图4所示，证实了对频率低于40 khz的相位噪声有很强的抑制作用。

图3    在使用COSMO单无的检测载波包络倾斜频段fceo峰峰值

图4    锁定fceo的环内相位噪声

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，针对光频梳、微腔光频梳、fceo测量模块、锁相环、高重频脉冲振荡器等各类光电设备都可以提供选型及各项技术服务，并且与Menhir Photonics、Octave Photonics保持着长期稳定合作。

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