如何搭建簡易1GHz低噪聲光頻梳系統

是如何可用于筒易1GHz低環境噪聲光頻梳平臺

介召

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)，可以在激光脈沖能量小于140 pJ(平均功率<140 mW)的情況下實現對fceo的精確控制，信噪比>35dB，以更低的尺寸、重量和功率要求實現了zui先jin的性能,該系統可以作為一種簡單的1 GHz的超低噪聲光學頻率梳解決方案。

正文光頻梳說是巧用鎖模智能機械帶來超短光輸入智能，少數民族特色是之間輸入智能波時候間斷一模都一樣。光頻梳就好像一根擁有著精密鑄造讀數的尺或定時開關器，只的平常的器材以公厘、毫秒為工作單位，而光頻梳在尺寸的測定上準確度戰勝納米級，時候則戰勝飛秒、甚至是達到阿秒。

光學頻率梳因其具有高精度、高靈敏度、高分辨率的特性，為光學原子鐘、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沖光，它在時域上是一系列時間寬度在飛秒級別的超短脈沖，在頻域上是一系列間隔相等、位置固定、具有極寬光譜范圍的單色譜線。飛秒光梳實現了其頻率覆蓋范圍內所有波長的直接鎖定并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系。基于飛秒鎖模激光器，目前一般可以通過鎖定其重復頻率(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重復頻率的光頻梳正在成為一種成熟的技術，但重復頻率為GHz的梳子仍然存在著大量挑戰。

應先，傳統化的繳光束手術器框架極難引入低噪音污染且抄襲次數> 0.5 GHz的諧振設計。可是進期，Menhir Photonics談到其MENHIR-1550飛秒繳光束手術器就能夠是 飛秒脈寬光梳的穩定可靠光照信息模塊。其就能夠在100 MHz至5 GHz的抄襲次數下呈現較低噪音污染的鎖模脈寬，且生產的每個人根次數梳線輸出功率都大過50 μW。基于但其實驗室所打造的的資料，巧用該繳光束手術器所導致的光梳就能夠坐到線寬< 20 kHz，信噪比> 70 dbc。

圖1    頻繁 梳線圖示圖

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的脈沖能量(即frep頻率= 1 GHz時，平均功率> 1 W)，這樣才能方便與干涉儀進行高精度對準。而zui近，Octave Photonics與Vescent Photonics合作，開發了一項新的整合與封裝技術。利用該項技術，光頻梳偏頻鎖定模塊(COSMO)為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方案。COSMO模塊利用納米光子波導技術將光限制在~ 1 μm的模式直徑。借助強烈的非線性光學效應，使得COSMO模塊允許以小于200 pJ (即frep頻率=1 GHz時，平均功率< 200 mW)的脈沖能量精確檢測fceo。zui后，由于1 GHz重復頻率的頻率梳的fceo可以從DC變化至500 MHz，因此為激光提供快速反饋所需的電子設備并非微不足道。新的Vescent Photonics SLICE偏移鎖相(SLICE-OPL)盒提供了一種直接的反饋解決方案，可在高達10 GHz的頻率下反饋穩定fceo。

圖2    1 GHz 1550 nm間易光頻梳裝置建設

Menhir Photonics、Octave Photonics和Vescent Photonics的這分為三類挑戰性技術組合相擁來，便簡簡單單組成新一個1 Ghz低噪音飛秒皮秒激光機器頻次梳操作軟件。在這是操作軟件中，穩定性高的皮秒激光機器頻次梳也可以在很多鐘而而不是幾日內融合出。各種磁學模塊電源間由保偏光纖線完美連入，以簡略按裝麻煩并減低熱漂移。

我們將放大器輸出連接到COSMO模塊，并調整放大器以提供zui強的fceo信號。在300 kHz分辨率帶寬下，fceo的信噪比約為36 dB，在100 kHz分辨率帶寬下，信噪比約為42 dB(圖3)。這樣的信噪比數據對于fceo所需的精確可靠的鎖定來說綽綽有余。然后，我們將fceo電信號連接到Vescent SLICE-OPL并開始反饋控制，這使得我們能夠將fceo鎖定到任意RF頻率(圖3，右側藍色曲線)。當我們增加反饋的增益時，我們看到fceo的中心變窄，“相干尖峰"出現在中心(圖3，右側橙色曲線)。這表明我們實現了fceo的精確鎖相。在fceo鎖中觀察到的環內剩余相位噪聲如圖4所示，證實了對頻率低于40 khz的相位噪聲有很強的抑制作用。

圖3    利用COSMO單元式檢側載波包絡位移頻段fceo最高值

圖4    鎖定fceo的環內相位噪聲

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，可以輕松構建簡易的超低噪音光學頻率梳系統。這一實驗也表明目前這些模塊化的專業產品能夠以更低的尺寸、重量和功率要求實現zui先jin的性能。上海昊量光電作為國內專業的光電設備代理商，針對光頻梳、微腔光頻梳、fceo測量模塊、鎖相環、高重頻脈沖振蕩器等各類光電設備都可以提供選型及各項技術服務，并且與Menhir Photonics、Octave Photonics保持著長期穩定合作。

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