飛秒光學(xué)頻率梳技術(shù)是當(dāng)今激光技術(shù)領(lǐng)域的熱門話題爱咬，在過(guò)去十余年間推動(dòng)了精密光譜學(xué)尺借、光學(xué)測(cè)量技術(shù)、量子精密操控精拟、光鐘等重大
科研技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展燎斩。基于鎖模原理的飛秒光梳重復(fù)頻率通常在100~250 MHz蜂绎，但這對(duì)于例如頻率測(cè)量栅表、微波產(chǎn)生和超快光譜來(lái)說(shuō)是
不夠的。這里我們基于Menhir Photonics公司Menhir -1550 重復(fù)頻率為1GHz交鑰匙型鎖模飛秒激光器师枣，演示了對(duì)其載波包絡(luò)偏置零
頻（f0）的檢測(cè)和穩(wěn)定怪瓶，以及利用連續(xù)激光器對(duì)梳齒的光學(xué)穩(wěn)定，展示了這種激光器在頻率測(cè)量和光譜學(xué)方面的應(yīng)用前景践美。
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1.介紹
飛秒光學(xué)頻率梳技術(shù)是當(dāng)今激光技術(shù)領(lǐng)域的熱門話題洗贰，在過(guò)去十余年間推動(dòng)了精密光譜學(xué)、光學(xué)測(cè)量技術(shù)陨倡、量子精密操控敛滋、光鐘等重大
科研技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。
基于鎖模原理的飛秒光梳重復(fù)頻率通常在100~250 MHz玫膀，但這對(duì)于例如頻率測(cè)量矛缨、微波產(chǎn)生和超快光譜來(lái)說(shuō)是不夠的。這里我們基于
Menhir Photonics公司Menhir -1550 重復(fù)頻率為1GHz交鑰匙型鎖模飛秒激光器帖旨，演示了對(duì)其載波包絡(luò)偏置零頻（f0）的檢測(cè)和穩(wěn)定箕昭，
以及利用連續(xù)激光器對(duì)梳齒的光學(xué)穩(wěn)定，展示了這種激光器在頻率測(cè)量和光譜學(xué)方面的應(yīng)用前景解阅。
2.實(shí)驗(yàn)設(shè)置與結(jié)果
激光器平均功率大于50mW落竹，提供以1560nm為中心的類孤子光譜，>12 nm的光譜帶寬支持205fs脈沖寬度货抄。重復(fù)頻率由一個(gè)帶寬為
70kHz的快速壓電致動(dòng)器(PZT)控制述召，泵浦源調(diào)制帶寬>100 kHz朱转。
激光器輸出光束被分成兩路，一路與1550nm赫茲量級(jí)線寬連續(xù)激光器拍頻积暖，得到激光器某一個(gè)梳齒的相位噪聲信息藤为；另一路用于載波
包絡(luò)相位零頻探測(cè)，首先通過(guò)一個(gè)色散補(bǔ)償光纖(PM-DCF)夺刑，然后通過(guò)兩級(jí)功率放大和光柵對(duì)壓縮脈沖缅疟，產(chǎn)生脈寬260fs、平均功率3.3
W激光脈沖遍愿。隨后脈沖被送入約30cm長(zhǎng)ND-HNLF存淫，根據(jù)FROG測(cè)量結(jié)果，其脈沖寬度小于70fs沼填，平均功率1.8 W桅咆，峰值功率約為13
kW。然后連接~ 30厘米長(zhǎng)HNLF產(chǎn)生倍頻程頻譜坞笙，波長(zhǎng)覆蓋從970~2200nm岩饼。用ppln晶體對(duì)2000nm波段進(jìn)行倍頻后與1000nm基頻光
一同輸入共線f-to-2f干涉儀，生成一個(gè)信噪比大于30dB羞海、分辨率~300 kHz f0信號(hào)忌愚。
圖1：載波包絡(luò)零頻f0與fbeat探測(cè)；插圖：倍頻程光譜~970-2200nm
圖2a顯示對(duì)fbeat進(jìn)行測(cè)量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果却邓，可以得到自由運(yùn)轉(zhuǎn)下fbeat相位噪聲為22.4 rad (100Hz~10MHz，時(shí)間抖動(dòng)18.5fs)院水。這種測(cè)量受
限于CW激光器> 50 kHz偏移頻率,但足以看出1 GHz激光器的低噪聲特性腊徙。將fbea信號(hào)穩(wěn)定到一個(gè)主參考射頻發(fā)生器使用數(shù)字鑒相器產(chǎn)
生誤差信號(hào)，首先將該誤差信號(hào)反饋到泵浦電流上檬某，得到殘余相位噪聲為190 mrad [100 Hz~ 10 MHz](即160 as)撬腾，該伺服系統(tǒng)受到激
光動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生的9 kHz反饋帶寬的限制。將誤差信號(hào)反饋到PZT上恢恼，100 Hz~10 MHz相位噪聲只有59 mrad(即49 as時(shí)間抖動(dòng))民傻。用一個(gè)
12位頻率計(jì)數(shù)器記錄在1小時(shí)內(nèi)fbeat信號(hào)的變化，顯示100s內(nèi)殘余不穩(wěn)定性< 2x10-17场斑。兩種fbeat穩(wěn)定方法表明泵浦電流和PZT均可以
用于相位鎖定。
圖2b是通過(guò)f-to-2f干涉檢測(cè)到的載波包絡(luò)零頻f0實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到自由運(yùn)行下f0中心頻率為581 MHz霜瘪，線寬< 200 kHz信认，對(duì)應(yīng)相位噪聲107
rad [100 Hz- 5 MHz]。鑒于PZT腔長(zhǎng)的變化對(duì)f0影響很小青责，這里用泵浦電流對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定挺据。誤差信號(hào)經(jīng)濾波取具、數(shù)字乘法器（60倍）產(chǎn)生
一個(gè)9.657MHz的信號(hào)，然后被穩(wěn)定到主參考射頻發(fā)生器使用相位鑒別器和反饋到激光器泵浦電流上扁耐。相干鎖定后暇检，殘余相位為145
mrad，對(duì)應(yīng)8.7 rad [100 Hz- 5 MHz]婉称。圖2b給出了實(shí)際f0計(jì)算得到的相位噪聲占哟，表明基于泵浦電流穩(wěn)定受到伺服-泵浦8.5 kHz的限制。
3.結(jié)論
以上實(shí)驗(yàn)表明酿矢，得益于利用PZT和泵浦電流對(duì)該激光器進(jìn)行穩(wěn)定榨乎，MENHIR-1550是一個(gè)很有前途的頻率梳應(yīng)用工具。
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