用于等效時間采樣應用的空間多路單腔雙光梳激光器

 

1．解紹

雙光學頻率梳(簡稱雙光梳)[1]的概念在光頻梳被提出后不久被引入[2-4]。在時域上，雙光梳可以理解為兩個相干光脈沖序列，它們的重復頻率有輕微的偏移。自問世以來，雙光梳光源及其應用一直一個重要研究課題[5]。雙光梳光源與早期用于泵浦探測測量的激光系統有許多相似之處。特別是，利用兩種不同重復頻率對超快現象進行采樣的想法，早在20世紀80年代就已經通過等效時間采樣概念的演示進行了探索[6,7]。在這種情況下，通過frep/ 的因子，超快動態過程在時域中被縮小到更慢的等效時間。這里frep是采樣頻率，是采樣頻率與激發重頻的差值。這個概念很快通過一對相互穩定的鎖模激光器實現，通常被稱為異步光采樣(ASOPS)[8]。雙光梳方法和ASOPS激光系統的一個顯著區別是兩個脈沖序列鎖在一起的相位和定時的精度。因為雙光梳鎖模的發明，特別是在一個自由運行的激光腔產生兩個光頻梳，這個邊界已經變得模糊。這種激光器最初是在光纖[9]和固態[10,11]增益材料中實現的，隨后出現了大量的激光腔多路復用方法[12]。由于脈沖在同一腔內循環，它們經歷類似的干擾，導致相關的噪聲特性，這對于實際應用[13]來說已經足夠了。類似地，與電子鎖定異步光采樣ASOPS系統相比，由于共腔結構和鎖模激光器振蕩器的優秀無源穩定性，有降低時間抖動的潛力[14,15]。此外，由于這些系統顯著降低了復雜性(一個振蕩器，沒有復雜的鎖定電子設備)，它們可以在雙光梳激光器通常無法達到的新應用領域實現實際測量。另一方面，自由運行的激光器容易受到相對光學相位漂移和兩個脈沖序列之間重復頻率差異的影響，這必須加以考慮。

 到現在截止截止，單腔雙頻梳皮秒機光器的啟動一般是是在皮秒機光設置或耐熱性上的折衷。比如說，將無源雙光折射角納米線嵌入腔中[10]，用雙光折射角收獲控制開關元件對偏腔線[16]，分隔皮秒機光收獲控制帶寬的配置[17]，或巧用弧形腔的正向啟動[9,11]。之前，在高最大功率鎖模薄片皮秒機光器節構中也研究探討了針對的目標獨立性腔端鏡的區域空間區分模舉例[18,19]。其實，在這新的實行中，并不所有的的內腔應用程序皆是分享的并能影響標準噪音污染壓制。 

在這篇文章中，我們提出了一種激光腔多路復用的新方法，通過在表面插入一個具有兩個獨立角度的單片器件，例如雙棱鏡，使空間分離模式存在。因此，通過在適當的位置安裝雙棱鏡，可以將對單光頻梳操作*優的空腔適應為雙光頻梳空腔。利用這種方法，在80 MHz重復頻率，在脈沖小于140fs的情況下，我們從單個固體激光器腔中獲得了2.4 W的平均功率。兩個光頻梳的重復頻率差可在[- 450Hz, 600Hz]范圍內調節。表征得到脈沖之間的相對時序噪聲為僅為光周期的一小部分：在[20 Hz至100 kHz]的綜合帶寬下為2.2 fs。這是迄今為止報告的在這個頻率范圍內自由運行的雙梳激光器中zui 低的相對時間噪聲。此外，我們在多路復用元件上應用壓電反饋來抵消低頻環境干擾和漂移，因此我們可以在超過5小時內實現標準偏差為70的重復頻率差穩定性。

 

2．諧振腔設定與振動器機械性能

 

圖1如圖。(a)離子束腔調整布局。泵浦便用一些980nm多模二級管。DM:泵浦/離子束二色性，OC:離子束內容輸出精度合體器， 5.5%的離子束穿透率，泵浦光高穿透率。收獲媒介是添加4.5%的Yb:CaF2單晶體 [20]。該腔分為還具有介電媒介殼體金屬涂層的多量子阱SESAM，收獲高過飽和通量Fsat=142?J/cm2，調試角度?R=1.1%。(b)離子束內容輸出精度功效和電磁不斷日期隨總泵浦功效的變換。

 圖1(a)顯現了企業的放任用到雙光頻梳二氧化碳單脈沖皮秒激光束腔的格局。企業用到多模泵浦穩壓管和端泵浦腔型式，之類于企業前新聞報導的偏振多路復用雙梳狀二氧化碳單脈沖皮秒激光束器的配資[20,21]。然后，與上去的新聞報導相同，在有源構件，即增加收益值晶狀體和半導體材料趨于穩定獲取鏡(SESAM)上的房間脫離法是在插入表格同一兩個具備有非常射線涂覆的雙菱鏡來擁有的。在用到同一兩個頂角179°的雙菱鏡，企業擁有了在增加收益值物質上方法脫離法1.6 mm跟去SESAM上方法脫離法1 mm。圖1(b)顯現了閱讀泵浦工作任務工作電壓時單體光梳的能力。該孤子鎖模二氧化碳單脈沖皮秒激光束器的大工作任務點相應的2.4 W評均打出工作任務工作電壓，單脈沖長期精力分開為138 fs(comb1)和132 fs(comb2)，二氧化碳單脈沖皮秒激光束器的光對光效應為40%。 企業得出了5個光頻梳的自發動鎖模。在較高的所在工作工作效率下的激光行業器的所在診治如同2(a-b)一樣，這寫出基模選擇是很整潔的。電容式致動器能否在間歇間內再次轉換雙菱鏡的雙重區域，把其配置在一些平行上邊，該平行臺可經過電容式致動器做出大的范圍的隨意步進驅動器轉換。雙菱鏡的平行能否修正5個光頻梳的再次的頻率差，從-450 Hz到600 Hz，對激光行業器的所在功效的干擾能否缺少不算(圖2(c))。在太大的旅行路線時，雙菱鏡節點上的模削負效應造成的所在工作工作效率的調低。 

圖2圖甲中。(a)用光譜圖探討探討儀(糞便率設置成為0.08 nm)檢測常用對數限度下的激光束輸入輸出光譜圖探討。(b)用紅外光頻譜探討儀探討高速光學整流二極管所產生的光學流的歸一化工作功率譜體積密度。插畫圖片彰顯增加的倆個微波射頻梳的單次諧波。(c)雙菱鏡后側不一地點的相似頻繁 相互影響。

 

3．嗓聲性能特點

接完成來，你們風險評估了共腔的方法拿到5個電機光脈沖機光發生器機光編碼隊列與低相應日子運動能夠性。先，你們來采取相位環境噪音源特征，會議室拿到每隔單個的電機光脈沖機光發生器機光編碼隊列的絕對日子運動。你們在有一款如何快速光電科技電感(DSC30S, Discovery Semiconductors Inc.)上測定每隔電機光脈沖機光發生器機光編碼隊列，并采取擁有可能調節諧帶通濾波器的第6個多次從復頻段諧波。該數字4g信號在數字4g信號源數據分析檢測儀(SSA) (E5052B, Keysight)來采取數據分析分折。贏得了的相位環境噪音源電功率譜密度單位(PSD)和全方位的日子運動圖甲3下圖。從測定中你們聽到，每有一款單個的電機光脈沖機光發生器機光編碼隊列的絕對日子運動是非常小，相位環境噪音源PSD看了起來近乎不同。為著測定5個電機光脈沖機光發生器機光編碼隊列相互間的絕對日子運動的涉及性，你們的開發半個種可能梳齒晃動的相應日子運動測定科技，該科技在使用了5個單頻反復機光器[22]。一種相應日子運動測定科技可能證明同一個多次從復頻段差下隨意啟動的雙梳機光的不涉及環境噪音源。贏得了的不涉及的相應時序運動在圖3中使用黑線表達出來。你們察覺到相應日子運動差不多比絕對日子運動低25dB，這體現了可能單腔空間結構，有特別好的共相位環境噪音源減弱。一體化的相應訂時運動為2.2 fs [20 Hz, 100 kHz]。這體現了，縱使在較長的數據分析爬取日子內，也可能從隨意啟動的機光腔拿到亞定期相應訂時運動。 

圖3所顯示。(a)的動用信號燈講解儀自動測量沒個智能字段的絕(色和天藍色)時序噪音。的動用[22]中敘說的工藝自動測量的幾個智能字段兩者之間的相比較時序震動(咖啡色)。(b)時序噪音折線信用卡積分得出的時序震動。

 小編建設了本身離子束器適于等效時段監測廣泛應運，如泵浦監測器光譜圖圖儀儀儀和皮秒超聲波[20]。那么，小編還尚未有詳細的研究分析該燈光怎么適適于需要繼續比較電子光學反應薄膜相位保持穩定處理的比較高的分數辨率雙梳光譜圖圖儀儀儀。在50毫秒的提取周期怎么算內，不錯監測到很多微波射頻梳齒成分。盡管，透徹的雙光梳光譜圖圖儀儀儀學廣泛應運已經依靠于用的或眾多累計波離子束器追蹤電子光學反應薄膜相位起伏較高，如進行自融入監測方法步驟，如[23]中的展現。從圖3不錯觀察分析到，在700 Hz和1600 Hz附近小區有這幾個嗓聲最高值，這可能性是由機制化造共震促使的，那么不錯進行認真仔細地的電子光學反應薄膜機制化造SEO來清除。盡管，這般的共震降低了一個脈沖信號編碼序列左右的相位相干性。鑒于較高的光上行帶寬和比較較低的80 MHz的重頻，混疊狀況符合要求在500 Hz有以下的重頻差面積內用。在般的低頻率下，機制化造嗓聲比如說來源這些諧振，將影晌能夠 相位相干性。更比較合適恣意在運轉雙光梳光譜圖圖儀儀儀的成分涉及到比較高的重頻和重頻文化差異，如[13,22]，此為機制化中提供 的技術應運探討將是中國未來工作的的內容主題。在這段話內容中，小編突出于將本身新燈光應適于泵浦監測器光譜圖圖儀儀儀的廣泛應運，在里，離子束的最高值輸出不錯常做簡單提升非線型的過程 。80MHz的重頻不錯保證 12.5 ns的大延遲用時測試面積，非常低的比較自動顫抖不錯適于透徹的時段軸校正。 機光行業對于構造躁聲(RIN)是所以盡快抽樣運用的根本科技指標之中。你們在下列高靜態空間檢測的配備中分發型析了你們的機光行業器的RIN。你們選擇另一名光電子場效應管，每種光頻梳的分別梳齒工作電壓降另外修改為10mW。考慮到提升RIN光譜分析，你們選擇SSA去基帶檢測的。第一方面，你們用另一名低躁聲跨特性阻抗縮放器(DLPCA-200, Femto)檢測的高頻凈重(<200 kHz)。考慮到檢測的更快頻點的凈重，你們用另一名偏置TEE (BT45R, SHF通信網絡科技AG)分配數字信號的討論會和直流電那局部。討論會那局部用低躁聲電壓降縮放器(DUPVA-1-70, Femto)縮放。將這兩個檢測的值安裝在一切，實現每種光頻梳的完正RIN譜，下圖4如圖所示。你們顯示每種光梳的網絡綜合RIN值< 3.1х10-5 [1 Hz, 1 MHz]。 

圖4一樣各光梳的相對比較抗拉強度嗓聲譜。利用光電公司肖特基二極管的標準和測量方法的顯示工率來計算散粒嗓聲極限點。

 

4．等效時長采樣系統采用

為了讓使離子束行業器APP于泵浦測探光譜儀儀APP，我門將它與一多個光物理量自激振蕩器器(OPO)的一多個效果的的離子束束藕合。OPO要能保證光波吸光度的多色泵浦測探測器量。不僅而且，根據OPO是同部泵浦，多個電磁編碼序列之前的對比耗時保持良好沒變。我門用ppln晶狀體(HC Photonics)的設計半個多個網絡電磁波燈諧振在1600nm的OPO。用2 W效果的的的comb1泵浦可收獲876 mW的網絡電磁波燈光。一起，我門還生產了OPO網絡電磁波燈的分次諧波，以收獲800 nm的光，校正電磁周期性為151 fs，均工作功率為390 mW。從自激振蕩器器效果的的的comb2可輕松自在倍頻收獲526 nm的光，使該離子束行業源稱為很多光波吸光度下佳的光譜儀儀學軟件工具。 為了能讓在壞境出現變動時能不能才能得到重頻差的常年穩定可靠性，小編滿足一個多大個慢跟進開環。comb1和comb2的個部分功效傳郵到研究背景BBO的光學器件同學范圍內關器。小編應用一款的頻率計數法器，用估算同學范圍內關數據衛星移動信號范圍內的準確時間來監視重頻差的上下波動，之類于[20,21]中應用的的方法。因而，小編應用一個多大個自定義的FPGA引擎，該引擎能以100Hz或更高一些的采集器波特率下想要高效率的獲取到comb1和comb2的重頻差，控制精度高于10-6。紀錄的重頻差數據衛星移動信號在估算機器上外理，用調結產生到電容式致動器上的電流相電壓來對復用技術器件去校準。電流相電壓數據衛星移動信號以大至?frep的波特率內容更新。

為了驗證兩組多色脈沖序列的相對長期穩定性，我們用另一種光學互相關裝置測量重頻差，如圖5(a)所示。我們將OPO倍頻輸出(800 nm，comb1)與直接激光輸出(1052 nm，comb2)相互關聯。在超過5小時的時間窗口中，我們發現重頻差波動標準差為70，如圖5(b)所示。

 

圖5已知。(a)帶2個電子光學重疊相關聯器(XCORR)的多色等效時間采集系統。XCORR 1用到向激光行業提供數據慢調查問卷，XCORR 2用到施行環外測量。(b)選用XCORR 2的長期性重頻差穩定可靠性。設制為300Hz。

 

5．答案

.我展示會沒事種新鮮的智能機械手術行業器腔多路復接辦法，該辦法不能在同一時刻震蕩器中產生這兩個辦公空間分離的準共徑腔格局。.我能變現云同步的格局自動隱藏，每路輸入脈寬低于140 fs，均值馬力大于2.4 W。.我還描敘了綜合評估帶寬起步20 Hz到100 kHz條件內的相比較定時執行跳動在亞期條件內。.我下一步驟將類似這些強有力的固體智能機械手術行業器器與OPO解耦，以兌換泵浦發現整體取樣整體APP的多色光輸入配備。為了能讓消去所以已經提升按順序聲音頻率差的速度慢環鏡漂移，.我在雙三棱鏡具體位置上變現沒事個立于速度慢交叉式校零的跟進環路，使.我兌換了長時安全性能更好的雙光梳。由此，.我的整體緊密結合了這這兩種辦法的優越性：共腔雙光梳智能機械手術行業器器的高壓制安全性和方便性，與對自動隱藏智能機械手術行業器整體漂移的免疫細胞性。.我的畢竟證明文件了新的智能機械手術行業器腔多路多路復接辦法的常用性，并提示其在泵浦發現整體和等效時刻取樣整體APP中的極大前景。 

就生產加工商K2Photonics：

 

K2Photonics是法國蘇黎士合眾國理工學員工量子光電技術子學的研究分析所創始人集團公司的創始人延伸集團公司的。其把新的來源于單腔雙光梳脈沖激光器器的研究分析的新作品做好餐飲業化，為泵浦探測系統和異步光采樣ASOPS等應該用客服具備完美線光源。武漢昊量光電技術是K2Photonics的中國大代銷商，為您具備技術的型號選擇包括技術的服務。針對單腔雙光梳脈沖激光器器有好感也許任意方面，都歡迎詞確認練習方式、光電技術子信息也許微信qq與我們的練習。 

對於昊量光電產品：

昊量光電技術產品  您的光電技術產品水果超市！成都昊量光電產品貨品用料好貨品機械產品有限制的公司專注于于招引guo 外先 jin性與特色化性的光電產品貨品用料好貨品技木與安全可靠好貨品！與來自于加拿大、歐洲其他國家、英國等大部分zhi 名光電產品貨品用料好貨品好貨品研制商開發了牢固的進行合作關系的。代理商企業品牌均仍處于涉及到范疇的發展進步現代化，好貨品具有多種機光器、光電產品貨品用料好貨品調變器、光纖激光行業切割機的估測機械產品、緊密五金光纖激光行業切割機的元器件封裝等，牽涉到足的范疇覆蓋了用料激光行業加工制作、光通訊設備、菌物醫療設備、完美研究分析、國防軍事及現代化的行業市場細分行業市場比如說為量子光纖激光行業切割機的、菌物顯微、智能物聯感測器、緊密五金激光行業加工制作、現代化機光研制等。大家的系統性鼓勵人員就能夠為中華有國內前沿性科技與工業品方向保證全部的設施設備按照，培訓學習，操作系統性設計，游戲設計，系統性一體化等優越安全保障，注力中華有創新科技與中華有建立! 為消費者保證適用的類產品和保證完美的安全保障是大家一直以來都堅持的核心價值！ 

（這段話譯自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    

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）

 

學習文章

1.S. Schiller, "Spectrometry with frequency combs," Opt. Lett. 27, 766–768 (2002).

2.H. R. Telle, G. Steinmeyer, A. E. Dunlop, J. Stenger, D. H. Sutter, and U. Keller, "Carrier-envelope offset phasecontrol: A novel concept for absolute optical frequency measurement and ultrashort pulse generation," Appl. Phys. B 69,327–332 (1999).

3.D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, "Carrier-EnvelopePhase Control of Femtosecond Mode-Locked Lasers and Direct Optical Frequency Synthesis," Science 288, 635–639(2000).

4.A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, Ch. Spielmann, Th. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz,"Controlling the Phase Evolution of Few-Cycle Light Pulses," Phys. Rev. Lett. 85, 740–743 (2000).

5.I. Coddington, N. Newbury, and W. Swann, "Dual-comb spectroscopy," Optica 3, 414 (2016).

6.K. J. Weingarten, M. J. W. Rodwell, H. K. Heinrich, B. H. Kolner, and D. M. Bloom, "Direct electro-opticsampling of GaAs integrated circuits," Electron. Lett. 21, 765 (1985).

7.K. J. Weingarten, M. J. W. Rodwel, and D. M. Bloom, "Picosecond optical sampling of GaAs integrated circuits,"IEEE J. Quantum Electron. 24, 198–220 (1988).

8.P. A. Elzinga, R. J. Kneisler, F. E. Lytle, Y. Jiang, G. B. King, and N. M. Laurendeau, "Pump/probe method for fastanalysis of visible spectral signatures utilizing asynchronous optical sampling," Appl. Opt. 26, 4303 (1987).

9.K. Kieu and M. Mansuripur, "All-fiber bidirectional passively mode-locked ring laser," Opt. Lett. 33, 64–66(2008).

10.S. M. Link, A. Klenner, M. Mangold, C. A. Zaugg, M. Golling, B. W. Tilma, and U. Keller, "Dual-combmodelocked laser," Opt. Express 23, 5521–5531 (2015).

11.T. Ideguchi, T. Nakamura, Y. Kobayashi, and K. Goda, "Kerr-lens mode-locked bidirectional dual-comb ring laserfor broadband dual-comb spectroscopy," Optica 3, 748 (2016).

12.R. Liao, H. Tian, W. Liu, R. Li, Y. Song, and M. Hu, "Dual-comb generation from a single laser source: principlesand spectroscopic applications towards mid-IR—A review," J. Phys. Photonics 2, 042006 (2020).

13.S. M. Link, D. J. H. C. Maas, D. Waldburger, and U. Keller, "Dual-comb spectroscopy of water vapor with a free-running semiconductor disk laser," Science (2017).

14.S. Schilt, N. Bucalovic, V. Dolgovskiy, C. Schori, M. C. Stumpf, G. Di Domenico, S. Pekarek, A. E. H. Oehler, T.Südmeyer, U. Keller, and P. Thomann, "Fully stabilized optical frequency comb with sub-radian CEO phase noise from aSESAM-modelocked 15-μm solid-state laser," Opt. Express 19, 24171 (2011).

15.T. D. Shoji, W. Xie, K. L. Silverman, A. Feldman, T. Harvey, R. P. Mirin, and T. R. Schibli, "Ultra-low-noisemonolithic mode-locked solid-state laser," Optica 3, 995 (2016).

16.M. Kowalczyk, ?. Sterczewski, X. Zhang, V. Petrov, Z. Wang, and J. Sotor, "Dual‐Comb Femtosecond Solid‐StateLaser with Inherent Polarization‐Multiplexing," Laser Photonics Rev. 15, 2000441 (2021).

17.X. Zhao, G. Hu, B. Zhao, C. Li, Y. Pan, Y. Liu, T. Yasui, and Z. Zheng, "Picometer-resolution dual-combspectroscopy with a free-running fiber laser," Opt. Express 24, 21833–21845 (2016).