技術文章

光頻梳與高穩定性、低噪聲激光器簡介

光學頻率梳是指在頻域包括一係列分立的、等頻率間距的譜線的寬譜光源。光學頻率梳可以通過不同的途徑產生,但自John L. Hall 與 Theodor W. Hänsch 采用鎖模激光產生光頻梳的突破進展以後才愈加引人注目。Hall和Hänsch以此貢獻獲得2005年諾貝爾獎。光頻梳可用於頻率計量[1],精密光譜[2],距離測量[3],通訊[4]等等領域。

一台光頻梳可以認為是一把頻率測量的標尺。如果“梳齒”(每個分立譜線的頻率)的頻率已知,就可以用拍頻的方法來測量其他的頻率。拍頻信號的頻率是梳齒頻率與未知頻率之間的差。當需要測量很寬範圍內的未知頻率時,光頻梳需要較大的帶寬,也即“較長的尺”。

 

飛秒鎖模激光器是產生寬帶光頻梳的*適合設備。鎖模激光器的頻譜包括係列分立的譜線,相鄰譜線之間的頻率差等於鎖模振蕩器的重複頻率(frep). 一台鎖模飛秒激光器天然就是一台光頻梳,具備數納米~數十納米的譜寬;通過強非線性光學作用,例如高度非線性的光纖 (HNLF),光梳的譜寬更可以進一步擴展。這種技術可以產生“倍頻程”光譜,即光譜中頻率分量至少是*低頻率分量的二倍. 

如果激光脈衝 — 不僅僅是脈衝包絡,也包括電場— 序列是嚴格周期性的,所有的梳齒頻率就會簡單的等於激光器重頻的整數倍。在實際的振蕩器中,電場相對於包絡通常有一個漂移。相鄰脈衝之間,載波包絡的峰值與電場峰值之間的相移的差被稱為載波包絡漂移 (CEO). 在頻域,表現為梳齒頻率與“零位”,即重複頻率整數倍之間的差值,稱為載波包絡漂移頻率 (fCEO) . 如果“重複頻率” frep 及“載波包絡漂移頻率” fCEO 已知,則所有梳齒頻率都可確定知道。

 

光頻梳的噪聲對於精密測量的重要性不言而喻. 光頻梳的噪聲可源自機械振動,泵浦光起伏或各種不同的量子過程,如輸出耦合的隨機性以及增益介質自發輻射等等. 不同梳齒的噪聲是部分相關的,如鏡片振動的噪聲;但是存在一定水平的非相幹噪聲. 更為麻煩的是frep 和 fCEO的噪聲也是部分相幹的,但取決於噪聲源,相幹程度有所不同 [5]. 典型的,為了進行超精密測量, frep 以及 fCEO 都需要穩定. fCEO 可以通過一個反饋係統加以穩定,該反饋係統的誤差信號來自於基頻-倍頻( f-2f) 幹涉儀 [6, 7]. 光頻梳的穩定控製可能非常煩雜,故采用一台盡可能低噪聲的鎖模激光器來構建光梳是非常重要的。

Menhir Photonics 的價值

 

MENHIR-1550係列是工業級的、1550nm中心波長鎖模激光器,可提供200MHz - 2.5GHz重頻。針對需要較大齒間距(齒間距 = 激光器重複頻率)的應用,MENHIR的高重頻振蕩器是理想選擇。同時,位於通訊C波段的中心波長,使得MENHIR激光器可以直接用於通訊應用,也可在其他應用中大量采用穩定可靠、成本優越的光通訊器件.

Menhir Photonics 具備極低位相噪聲和極高可靠度。圖1展示了250MHz重複頻率的MenHIR-1550 自由運轉時的典型位相噪聲。相位噪聲在10GHz載波(40階諧波)上測量。噪聲本底給出的累積時間抖動上限越為500as(阿秒)。

 

Fig 1.: (上) 在10GHz諧波上測量250MHz重頻的MENHIR-1550激光器的位相噪聲功率譜;(下)同一台激光器的10MHz起累積時間抖動.

MENHIR激光器可提供調節帶寬>50kHz的快速重頻精調選件,用於與其他裝置的重頻或位相鎖定。同時可提供泵浦電流的快速調製選件。

MENHIR-1550 係列采用工業級的質量和環境適應性設計,經曆嚴苛的振動、衝擊以及其他外部幹擾的測試(可包括宇航相關標準的測試)。針對空間有限的應用場合,可提供定製的小尺寸版本。


[1] T. Udem et al., “Absolute optical frequency measurement of the cesium D-1 line with a mode-locked laser”, Phys. Rev. Lett. 82 (18), 3568 (1999)

[2] N. Picqué and T. W. Hänsch, “Frequency comb spectroscopy”, Nature Photon. 13, 146 (2019)

[3] T. R. Schibli et al., “Displacement metrology with sub-pm resolution in air based on a fs-comb wavelength synthesizer”, Opt. Express 14 (13), 5984 (2006)

[4] P. Marin-Palomo et al., “Microresonator-based solitons for massively parallel coherent optical communications”, Nature 546, 274 (2017)

[5] R. Paschotta et al., “Optical phase noise and carrier–envelope offset noise of mode-locked lasers”, Appl. Phys. B 82 (2), 265 (2006)

[6] H. R. Telle et al., “Carrier–envelope offset phase control: a novel concept for absolute optical frequency measurement and ultrashort pulse generation”, Appl. Phys. B 69, 327 (1999)

[7] . D. J. Jones et al., “Carrier–envelope phase control of femtosecond mode-locked lasers and direct optical frequency synthesis”, Science 288, 635 (2000)


產品目錄

XRF,光電傳感器,紅外探測器,紅外氣體傳感器,X射線探測器,光電倍增管,冷CCD,光電探測器

Copyright© 2003-2019  ag赌场科技(香港)股份有限公司版權所有     
電話:010-62634840 傳真:010-82618238 地址:海澱區中關村大街19號新中關B座1701-1706室 郵編:100080 京ICP備10047143號-6