中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所高功率光纖激光技術(shù)實(shí)驗室在高重頻飛秒光學(xué)頻率梳光源方向取得重要進(jìn)展。該團隊首次報道了一種基于腔內諧振濾波技術(shù)的GHz低噪聲九字腔摻鉺光頻梳。相關(guān)研究成果以GHz figure-9 Er-doped optical frequency comb based on nested fiber ring resonators為題，發(fā)表在《激光與光子學(xué)評論》（Laser Photonics Reviews）上。
九字腔光纖光頻梳是目前技術(shù)成熟度最高的光頻梳技術(shù)之一，廣泛應用于車(chē)載、星載、外場(chǎng)等非實(shí)驗室環(huán)境，推動(dòng)了光頻梳相關(guān)應用的發(fā)展。重復頻率近GHz的光頻梳在雙梳測距、光譜檢測以及天文頻標等領(lǐng)域有著(zhù)重要應用。然而，目前九字腔光纖光頻梳的重頻一般小于250MHz，其重頻的提升仍然面臨技術(shù)挑戰。由于非線(xiàn)性放大環(huán)鏡（NALM）鎖模技術(shù)需要一定長(cháng)度的光纖來(lái)積累足夠的非線(xiàn)性相移差以啟動(dòng)鎖模，傳統的短諧振腔方案難以適用于九字腔的結構。
針對上述問(wèn)題，該團隊采用嵌套腔結構（圖1），由兩個(gè)光纖耦合器熔接構成的Fabry–Pérot（F-P）腔對外部NALM諧振腔進(jìn)行模式濾波。當內、外腔的自由光譜范圍精確匹配時(shí)，可將九字腔光纖光頻梳的重頻倍增至GHz。實(shí)驗結果表明，該激光器具備優(yōu)異的脈沖自啟動(dòng)性能和長(cháng)期穩定性（圖2）。區別于高次諧波鎖模，嵌套腔方案可通過(guò)合理的內腔參數設計，配合增益競爭機制，來(lái)有效抑制超模噪聲，實(shí)現高相干、低噪聲的GHz重頻光頻梳。實(shí)驗通過(guò)對該光頻梳的載波包絡(luò )相位偏移頻率的測量，驗證了其頻率梳齒分量間的高相干性（圖3）。該GHz重頻九字腔光纖光頻梳在激光雷達、雙梳測距、光譜檢測等領(lǐng)域頗具應用前景。
研究工作得到中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )、國家自然科學(xué)基金和上海市自然科學(xué)基金的支持。
圖1.?基于嵌套光纖環(huán)形諧振腔的9字腔光頻梳裝置圖
圖2.?單孤子狀態(tài)連續運行90分鐘的穩定性：（a）測量光譜的時(shí)間演變，色條表示光功率譜密度；
（b）重復頻率的變化；（c）典型光譜和（d）80分鐘時(shí)的射頻頻譜；（e）輸出脈沖的典型自相關(guān)信號。
圖3.?（a）基于f-to-2f的載波包絡(luò )偏移頻率檢測；（b）在10 kHz RBW下自由運行ceo拍頻信號。
