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如何利用COSMO模块快速搭建稳定的光频梳系统
来源: | 作者:李工 | 发布时间: 2022-11-21 | 78 次浏览 | 分享到:

光频梳是重频(frep)和载波包络偏移频率(fCEO)稳定的飞秒锁模激光器。从新世纪开始,光学频率梳的研究就表现出了旺盛的生命力和强劲的发展势头,在许多关键技术方面屡获突破,但至今也还是有一些困难,比如f-2f拍频过程通常需要至少1nJ的单脉冲能量,并且需要仔细校准干涉仪。而Octave Photonics公司的fCEO稳定模块(COSMO)是一种非常紧凑的一体化解决方案,可以用小于200pJ的脉冲能量检测fCEO


图1.载波包络偏移频率 (fCEO) 稳定实验装置


把飞秒激光器、Octave Photonics COSMO和偏移锁相盒组合在一起,可以快速搭建一套稳定的激光光频梳系统。

实验过程:激光器一个1550nm、1GHz的脉冲序列,首先通过色散补偿光纤,再通过EDFA放大脉冲能量。放大后的脉冲序列通过一小段补偿光纤进入COSMO模块(内部包含一段产生超连续谱的波导,能够产生二次谐波的材料,以及一个带增益的光电探测器),测出fCEO。然后通过附加的射频放大器将fCEO信号放大、过滤并通过偏移锁相盒为激光器提供锁相反馈信号,在频谱仪上可以看到具有相干尖峰的锁定fCEO信号。

当单脉冲能量超过140pJ(平均功率140mW)时,会产生780nm的光。在COSMO内部,1560nm的光倍频后,与780nm的光拍频来检测fCEO,该光谱在780nm附近出现峰值。接下来,我们将放大器输出连接到COSMO并调整放大器到大约140pJ,此时fCEO信号最强。

图2.


在300kHz分辨率带宽(RBW)下,信噪比约为36dB,在100kHz RBW下,信噪比约为42dB(图3,左),这些信噪比值足以提供可靠的fCEO锁相。然后,我们将fCEO电信号与偏移锁相盒连接,并启动低带宽反馈,这使我们能够将fCEO锁定到任意射频频率(图3,右侧,蓝色曲线)。随着我们增加反馈增益,fCEO峰的中心变窄,并且在中心出现了“相干尖峰”(图3,右侧,橙色曲线)。这表明我们实现了fCEO的稳定锁相。


图3.


结论:Octave Photonics的fCEO稳定模块(COSMO)是非常成熟的器件,可以和飞秒激光器、偏移锁相盒共同轻松构建一个稳定fCEO的光频梳系统。并且实验结果与以往采用传统的载波包络偏移检测方案和锁相设备是一样的,证明以现在这种方法能够以更小的尺寸、重量和功率要求实现最先进的性能。通过使用类似的现成电子设备锁定重频(除了fCEO),该系统可以用作1GHz的超低噪声光学光频梳。