光學(xué)頻率梳FREQUENCY COMBS
光學(xué)頻率梳FREQUENC
光學(xué)頻率梳FREQUENCY COMBS
光頻梳是由頻域中一系列離散的等距線(xiàn)組成的光譜。光頻梳可以通過(guò)不同的方式產(chǎn)生，但自從 John L. Hall 和 Theodor W. H?nsch 使用鎖模激光器對光頻梳技術(shù)做出開(kāi)創(chuàng )性貢獻后，他們獲得了更多的關(guān)注，他們都于 2005 年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎. 頻率梳可用于頻率計量[1]、精密光譜學(xué)[2]、距離測量[3]或電子通信[4]，等應用。
光頻梳可以看作是頻率的尺子。如果已知梳狀頻率，則可以通過(guò)測量拍頻來(lái)測量其他頻率。這些拍頻的頻率就是未知頻率和梳狀頻率的頻率差。對于寬頻率范圍（長(cháng)光學(xué)尺）內的測量，頻率梳需要大帶寬。
飛秒鎖模激光器非常適合用于產(chǎn)生寬帶頻率梳。鎖模激光器的光譜由間隔等于脈沖重復頻率(frep)的離散線(xiàn)組成。這已經(jīng)是幾納米到幾十納米帶寬的頻率梳。使用激光腔外的強光學(xué)非線(xiàn)性作用，例如來(lái)自高度非線(xiàn)性光纖 (HNLF) 的光學(xué)頻率梳的光譜會(huì )進(jìn)一步變寬。這些技術(shù)可以產(chǎn)生所謂的倍頻程譜，即最高頻率至少是最低頻率兩倍的光譜 。
如果脈沖序列是完全周期性的——同樣相對于電場(chǎng)而不僅僅是脈沖包絡(luò )——所有的梳狀線(xiàn)將只是脈沖重復頻率的諧波。實(shí)際上，電場(chǎng)的振蕩相對于脈沖包絡(luò )會(huì )不斷偏移。在脈沖到脈沖的基礎上，載波峰值從場(chǎng)包絡(luò )峰值滑移的速率稱(chēng)為載波包絡(luò )偏移 (CEO)。在頻域中，載波包絡(luò )偏移頻率 (fCEO ) 是頻率梳與光譜中“零點(diǎn)”的偏移。如果已知兩個(gè)參數frep和fCEO，則梳子的所有頻率都是已知的。
頻率梳的噪聲非常重要。噪聲源可以是機械振動(dòng)、泵浦強度波動(dòng)或不同類(lèi)型的量子過(guò)程，例如輸出耦合的隨機本質(zhì)或增益介質(zhì)中的自發(fā)輻射。不同梳狀線(xiàn)上的噪聲是部分相關(guān)的，例如來(lái)自鏡子振動(dòng)的噪聲，但存在一些不相關(guān)的噪聲水平。一個(gè)額外的復雜性是 frep 和 f CEO上的噪聲也同樣存在部分相關(guān)，但在不同程度上取決于噪聲源[5]。通常，為了執行超精密測量，frep和 fCEO都是穩定的。fCEO可以通過(guò)反饋系統來(lái)穩定，其中誤差信號可以從 f-2f 干涉儀產(chǎn)生[6,7]。穩定頻率梳可能非常復雜，因此在頻率梳產(chǎn)生的源頭使用具有最佳噪聲性能的鎖模激光器非常重要。
Menhir Photonics GHz高重頻低噪聲鎖模光纖飛秒激光器MENHIR-1550：
Menhir Photonics提供鎖模激光器，具有當今市場(chǎng)上最低的相位噪聲和極高可靠性。圖1顯示了menhir-1550系列自激激光器的典型相位噪聲測量，在10GHz載波上測量，即40次諧波(250MHz脈沖重復率)。請注意，測量的本底噪聲將集成時(shí)間抖動(dòng)限制為大約500 as(阿秒)。
圖(1) 在10GHz諧波下測量的自激Menhir-1550 250Mhz激光器的相位噪聲譜。圖(2)對于相同的自由運行激光器，從10MHz開(kāi)始的集成抖動(dòng)時(shí)間。
[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)
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[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)
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