超低噪聲光學頻率梳的載波包絡偏頻穩(wěn)定測試
介紹
OCTave Photonics的光頻梳偏頻鎖定模塊COSMO提供了一種緊湊的方法來檢測激光頻率梳的載波包絡偏移頻率fceo,。為了評估鎖定fceo的穩(wěn)定性,，我們使用一個COSMO模塊來測量Menlo System公司的超低噪聲光學頻率梳的fceo，并使用反饋環(huán)外的第二個COSMO來驗證鎖相環(huán)的保真度,。我們發(fā)現(xiàn)兩個COSMO模塊的信號在鎖定1秒時優(yōu)于1x10-17,，在1000秒時優(yōu)于1x10-20。這種高穩(wěn)定性水平與成熟的f-2f干涉測量技術相當,，并且所需的能量更低,。
正文
光學頻率梳的穩(wěn)定性對于構建光學原子鐘、量子計算機以及量子傳感器都至關重要,。Menlo System公司致力于開發(fā)和制造迄今為止zui穩(wěn)定的頻率梳,，實現(xiàn)了破紀錄的光學時鐘和微波信號合成的穩(wěn)定性，處于行業(yè)的zui前沿,。穩(wěn)定光學頻率梳的梳齒結構,，就必須檢測和鎖定脈沖的載波包絡偏移頻率(fceo)。Menlo System系統(tǒng)的頻率梳系統(tǒng)使用傳統(tǒng)的f-2f干涉測量進行檢測,，其利用專有的EOM腔可以在光纖振蕩器內穩(wěn)定fceo,，從而實現(xiàn)超低噪聲操作。
近期,，Octave Photonics 的光頻梳偏頻鎖定模塊(COSMO)利用新的整合與封裝技術，為檢測fceo信號時的光譜展寬和測量提供了另一種緊湊的解決方案,。COSMO模塊允許用極低的脈沖能量檢測fceo,，從而實現(xiàn)更低的功耗或者更高的重復頻率激光器。與傳統(tǒng)的fceo檢測方案不同的是,，COSMO模塊雖然也采用了成熟的f-2f干涉測量技術,，但其卻使用了新型的納米光子波導技術來產生超連續(xù)譜。雖然這種方法不常見,，但任何fceo檢測設備都可能會在檢測過程中引入過多的噪聲,，因此,，有必要驗證這類新的鎖定模塊是否可以完成fceo的低噪聲檢測,。所以，我們可以使用一個COSMO模塊作為反饋回路的一部分來鎖定來自Menlo System的超低噪聲激光頻率梳的fceo,。另一個外環(huán)COSMO用于驗證fceo的穩(wěn)定性,。通過比較兩個信號的差異，就可以得知其是否完成低噪聲檢測,。
圖1 實驗裝置
Menlo激光器產生頻率為250 MHz的光脈沖串,，中心波長約為1550 nm。脈沖首先通過偏振色散補償光纖,，以補償下游組件的色散,，其余的光纖組件均采用保偏光纖,，確保即使在環(huán)境不穩(wěn)定的情況下系統(tǒng)也能穩(wěn)定運行。脈沖隨后通過摻鉺光纖放大器,，然后被50:50的光纖分離器分光,，每個COSMO模塊接受一半的脈沖光束。在考慮損耗后,，每個COSMO器件的輸入功率約為45 mW(脈沖能量180 pJ),。這一數(shù)值大約比使用傳統(tǒng)高度非線性光纖產生超連續(xù)介質和f-2f自參考所需的功率低5倍。來自環(huán)內COSMO模塊的fceo信號與來自RF合成器的30 MHz信號混合,。該信號通過鎖相環(huán)反饋器件向激光器提供反饋,。通過計數(shù)器分別記錄來自內環(huán)與外環(huán)模塊的信號次數(shù)，以驗證fceo信號的穩(wěn)定性,。
如果兩組COSMO模塊功能穩(wěn)定,，則兩種儀器記錄的fceo信號應非常相似。實際上也確實如此,，如圖2b所示,，fceo在內環(huán)和外環(huán)的記錄值幾乎相同，在1000秒的時間中可以達到8 × 10-21這一數(shù)量級,。雖然用戶可能期望內環(huán)和外環(huán)COSMO模塊應該提供相同的fceo測量值,，但因為脈沖必須通過不同的光纖才能到達內環(huán)和外環(huán)模塊，兩個模塊之間的總光纖長度差約為3米,，在較短的時間內,，這些測量很可能受到光纖路徑長度波動的限制。因此,，我們將測量結果之間的微小差異歸因于光纖中路徑長度的微小變化。
圖2 基于COSMO的fceo穩(wěn)定與驗證
通過使用兩個獨立的COSMO設備,，我們對梳齒穩(wěn)定性進行了測量，驗證了COSMO可以以高的精度檢測載波包絡偏移的能力,。我們發(fā)現(xiàn)COSMO使梳齒達到了與使用傳統(tǒng)f-2f干涉儀所獲得的穩(wěn)定性相當?shù)乃?。因此,，COSMO可用于穩(wěn)定低噪聲光頻梳的載波包絡偏移頻率,，可以在1000秒內達到10-20這一數(shù)量級的精確頻率控制,，并且其所需的能量更小,。
歡迎繼續(xù)關注上海昊量光電的各大媒體平臺，我們將不定期推出各種產品介紹與技術新聞,。
關于昊量光電：
上海昊量光電設備有限公司是光電產品專業(yè)代理商，產品包括各類激光器,、光電調制器,、光學測量設備、光學元件等,，涉及應用涵蓋了材料加工,、光通訊、生物醫(yī)療,、科學研究,、國防、量子光學,、生物顯微,、物聯(lián)傳感、激光制造等,；可為客戶提供完整的設備安裝,，培訓，硬件開發(fā),，軟件開發(fā),，系統(tǒng)集成等服務。
9
立即詢價
您提交后，專屬客服將第一時間為您服務