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一文带你了解光学频率梳的知识

 发布时间:2021-07-13 点击量:112
  飞秒光学频率梳,简称“飞秒光梳”或“光梳”。光梳在频率域和时间域上均表现为等间距离散的梳齿,相当于数十万台的相位相互锁定的单频激光器共线同步输出。光梳频谱覆盖范围极广且单个梳齿线宽极窄,兼具赫兹量级的频率稳定度和飞秒量级的时间分辨率。如同米尺可用来测量距离一样,光梳可用来测量光学频率,每个梳齿即是频率尺上的刻度。光梳为微波频标、原子频标、光频标等多种频率标准提供了链接桥梁,也为精密光谱、天文物理、量子操控等科学领域提供了理想的测量工具。
  光学频率梳的基本构架为锁模激光器,需要将锁模脉冲的重复频率fr和载波位相零频f0溯源至基准频率。2013年以前,光梳大多是基于钛宝石或掺稀土元素晶体的全固态光梳,或是基于非保偏光纤构建的光纤光梳,而这些光梳仅能在恒温恒湿的实验室环境运行,且需要频繁维护,不适应外场环境。因此,探索锁模激光器全保偏光纤化,确保脉冲的非线性演化进程不受外界环境干扰,成为实现光梳长期连续稳定运转的核心问题。此外,通过选取不同种类的掺杂光纤,光纤光梳可以实现比钛宝石光梳更宽范围的光谱输出,如1.0μm波段的掺镱光纤光梳可覆盖600-1400nm,1.5μm波段的掺铒光纤光梳可覆盖1000-2200nm,2.0μm波段的掺铥光纤光梳可覆盖1350-2700nm。
  通常情况下,光纤光梳包括锁模光纤激光器、光功率放大器、脉冲压缩器、超连续谱单元、f-2f干涉仪、fr和f0信号锁相环。其中,锁模光纤激光器用于产生初始的低能量脉冲种子光;光功率放大器将种子光脉冲的平均功率进行提升;脉冲压缩器在时域上压窄脉冲宽度,提升脉冲峰值功率;超连续谱单元通过光子晶体光纤或高非线性光纤将脉冲光谱拓展至超过1个倍频程;而后,f-2f干涉仪将超连续谱的低频成分倍频并与高频成分进行拍频;采用光电探测器获取f0信号和fr信号,并将它们与参考时钟源比较得到误差信号,再经电子电路处理并反馈至锁模光纤激光器的相应部件上。