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一文帶你了解光學頻率梳的知識

 更新時間:2021-07-13 點擊量:1157
  飛秒光學頻率梳,簡稱“飛秒光梳”或“光梳”。光梳在頻率域和時間域上均表現為等間距離散的梳齒,相當于數十萬臺的相位相互鎖定的單頻激光器共線同步輸出。光梳頻譜覆蓋范圍極廣且單個梳齒線寬極窄,兼具赫茲量級的頻率穩定度和飛秒量級的時間分辨率。如同米尺可用來測量距離一樣,光梳可用來測量光學頻率,每個梳齒即是頻率尺上的刻度。光梳為微波頻標、原子頻標、光頻標等多種頻率標準提供了鏈接橋梁,也為精密光譜、天文物理、量子操控等科學領域提供了理想的測量工具。
  光學頻率梳的基本構架為鎖模激光器,需要將鎖模脈沖的重復頻率fr和載波位相零頻f0溯源至基準頻率。2013年以前,光梳大多是基于鈦寶石或摻稀土元素晶體的全固態光梳,或是基于非保偏光纖構建的光纖光梳,而這些光梳僅能在恒溫恒濕的實驗室環境運行,且需要頻繁維護,不適應外場環境。因此,探索鎖模激光器全保偏光纖化,確保脈沖的非線性演化進程不受外界環境干擾,成為實現光梳長期連續穩定運轉的問題。此外,通過選取不同種類的摻雜光纖,光纖光梳可以實現比鈦寶石光梳更寬范圍的光譜輸出,如1.0μm波段的摻鐿光纖光梳可覆蓋600-1400nm,1.5μm波段的摻鉺光纖光梳可覆蓋1000-2200nm,2.0μm波段的摻銩光纖光梳可覆蓋1350-2700nm。
  通常情況下,光纖光梳包括鎖模光纖激光器、光功率放大器、脈沖壓縮器、超連續譜單元、f-2f干涉儀、fr和f0信號鎖相環。其中,鎖模光纖激光器用于產生初始的低能量脈沖種子光;光功率放大器將種子光脈沖的平均功率進行提升;脈沖壓縮器在時域上壓窄脈沖寬度,提升脈沖峰值功率;超連續譜單元通過光子晶體光纖或高非線性光纖將脈沖光譜拓展至超過1個倍頻程;而后,f-2f干涉儀將超連續譜的低頻成分倍頻并與高頻成分進行拍頻;采用光電探測器獲取f0信號和fr信號,并將它們與參考時鐘源比較得到誤差信號,再經電子電路處理并反饋至鎖模光纖激光器的相應部件上。
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