飞秒激光器中光频梳与高稳定性检测方案(激光产品)

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光频梳与高稳定性、低噪声激光器 光学频率梳是指在频域包括一系列分立的、等频率间距的谱线的宽谱光源。光学频率梳可以通过不同的途径产生，但自 John L. Hall 与 Theodor W. Hansch 采用锁模激光产生光频梳的突进进展以后才愈加引人注目。Hall 和 Hansch 以此贡献获得2005年诺贝尔奖。光频梳可用于频率计量[1]，精密光谱[2]，距离测量[3]，通讯[4]等等领域。 一台光频梳可以认为是一把频率测量的标尺。如果“梳齿”(每个分立谱线的频率)的频率已知，就可以用拍频的方法来测量其他的频率。拍频信号的频率是梳齿频率与未知频率之间的差。当需要测量很宽范围内的未知频率时，光频梳需要较大的带宽，也即“较长的尺”。 飞秒锁模激光器是产生宽带光频梳的最适合设备。锁模激光器的频谱包括系列分立的谱线，相邻谱线之间的频率差等于锁模振荡器的重复频率(frep)..一台锁模飞秒激光器天然就是一台光频梳，具备数纳米~数十纳米的谱宽；通过强非线性光学作用，例如高度非线性的光纤(HNLF)， 光梳的谱宽更可以进一步扩展。这种技术可以产生“倍频程”光谱，即光谱中最高频率分量至少是最低频率分量的二倍. 如果激光脉冲中一不仅仅是脉冲包络，也包括电场一序列是严格周期性的，所有的梳齿频率就会简单的等于激光器重频的整数倍。在实际的振荡器中，电场相对于包络通常有一个漂移。相邻脉冲之间，载波包络的峰值与电场峰值之间的相移的差被称为载波包络漂移 (CEO). 在频域，表现为梳齿频率与“零位”，即重复频率整数倍之间的差值，称为载波包络漂移频率(fCEO).如果“重复频率” frep 及“载波包络漂移频率”fCEO已知，则所有梳齿频率都可确定知道。 光频梳的噪声对于精密测量的重要性不言而喻.光频梳的噪声可源自机械振动，泵浦光起伏或各种不同的量子过程，如输出耦合的随机性以及增益介质自发辐射等等.不同梳齿的噪声是部分相关的，如 镜片振动的噪声；但是存在一定水平的非相干噪声.更为麻烦的是 frep 和 fCEo 的噪声也是部分相干的，但取决于噪声源，相干程度有所不同[5].典型的，为了进行超精密测量， frep 以及 fCEo 都需要稳定. fcEo 可以通过一个反馈系统加以稳定，该反馈系统的误差信号来自于基频-倍频(f-2f)干涉仪[6，7].光频梳的稳定控制可能非常烦杂，故采用一台尽可能低噪声的锁模激光器来构建光梳是非常重要的。 Menhir Photonics 的价值 MENHIR-1550 系列是工业级的、1550nm 中心波长锁模激光器，可提供200MHz-2.5GHz 重频。针对需要较大齿间距(齿间距=激光器重复频率)率应用， MENHIR的高重频振荡器是理想选择。同时，位于通讯C波段的中心波长，使得 MENHIR 激光器可以直接用于通讯应用，也可在其他应用中大量采用稳定可靠、成本优越的光通讯器件. Menhir Photonics 具备极低位相噪声和极高可靠度。图1展示了250MHz 重复频率的 MenHIR-1550自由运转时的典型位相噪声。相位噪声在 10GHz 载波(40阶谐波)上测量。噪声本底给出的累积时间抖动上限越为500as(阿秒)。 Frequency (Hz) Fig 1.：(上)在 10GHz 谐波上测量 250MHz 重频的 MENHIR-1550 激光器的位相噪声功率谱； (下)同一台激光器的 10MHz起累积时间抖动. MENHIR激光器可提供调节带宽>50kHz 的快速重频精调选件，用于与其他装置的重频或位相锁定。同时可提供泵浦电流的快速调制选件。 MENHIR-1550 系列采用工质级的质量和环境适应性设计，经历严苛的振动、冲击以及其他外部干扰的测试(可包括宇航相关标准的测试)。针对空间有限的应用场合，可提供定制的小尺尺版本。 此处插入附件小视频，视频描述：千锤百炼，稳如磐石 [1]T. Udem et al.， “Absolute optical frequency measurement of the cesium D-1 line with amode-locked laser"， Phys.Rev. Lett. 82(18)，3568(1999) [2]N. Picque and T.W. Hansch， “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-combwavelength synthesizer”， Opt. Express 14 (13)， 5984 (2006) ( [4] P. Marin-Palomo et al.，“Microresonator-based solitons for massively parallel coherent opticalcommunications"， Nature 546， 274 (2017) ) ( [5] R. Paschotta et al.，“Optical phase noise and carrier-envelope offset noise of mode-lockedlasers"， Appl . Phys . B 8 2 (2)，265(2006) ) ( [6] H. R. Telle et al.， “Carrier-envelope offset phase control： a n ovel concept for absolute op t icalfrequency 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 anddirect optical frequency synthesis”， Science 288， 635 (2000) 飞秒锁模激光器是产生宽带光频梳的适合设备。锁模激光器的频谱包括系列分立的谱线，相邻谱线之间的频率差等于锁模振荡器的重复频率(frep). 一台锁模飞秒激光器天然就是一台光频梳，具备数纳米～数十纳米的谱宽；通过强非线性光学作用，例如高度非线性的光纤 (HNLF)，光梳的谱宽更可以进一步扩展。这种技术可以产生“倍频程”光谱，即光谱中高频率分量至少是低频率分量的二倍.