COSMO模塊，搭建光梳、快速測(cè)量載波包絡(luò)偏頻（fceo）的全新解決方案

美國(guó)的OCTave公司新推出的光頻梳偏頻測(cè)量模塊（COSMO）可用于檢測(cè)激光頻率梳的載波包絡(luò)偏移頻率，該模塊將納米光子波導(dǎo)封裝在內(nèi)，所以使用便捷，并且可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器連接至激光器。可以在激光脈沖能量小于140 pJ(平均功率<140 mW)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)fceo的精確控制，信噪比>35dB，以更低的尺寸、重量和功率要求實(shí)現(xiàn)了非常好的性能,利用該模塊搭建系統(tǒng)可以作為一種簡(jiǎn)單的1 GHz的超低噪聲光學(xué)頻率梳解決方案。

圖1

該模塊使用f-2f干涉測(cè)量法來(lái)檢測(cè)載波包絡(luò)偏移頻率，它包含一個(gè)超連續(xù)譜產(chǎn)生模塊、二次諧波產(chǎn)生材料和一個(gè)光電探測(cè)器。鎖定fceo的f-2f自參考過(guò)程通常要求激光擁有至少1 nJ的脈沖能量(即frep頻率= 1 GHz時(shí)，平均功率> 1 W)，這樣才能方便與干涉儀進(jìn)行高精度對(duì)準(zhǔn)。由于光頻梳偏頻測(cè)量模塊（COSMO）使用了納米光子波導(dǎo)，它可以使用比傳統(tǒng)方法低得多的脈沖能量來(lái)檢測(cè)載波包絡(luò)偏移頻率，它允許以小于200 pJ (即frep頻率=1 GHz時(shí)，平均功率< 200 mW，其中frep是指重復(fù)頻率)的脈沖能量精確檢測(cè)fceo，這使得光頻梳偏頻測(cè)量模塊（COSMO）可以與各種頻率的光梳一起使用，包括那些功率很低的光頻梳或重復(fù)頻率很高的光頻梳。

圖2

如圖2所示的簡(jiǎn)單配置中，將鎖模光纖激光器與光頻梳偏頻測(cè)量模塊（COSMO）連接，再將該模塊連接到示波器上，我們就可以在示波器上看到三個(gè)峰，分別是fceo、fceo-frep、frep.

下面介紹一下利用光頻梳偏頻測(cè)量模塊（COSMO）穩(wěn)定載波包絡(luò)偏移頻率的演示場(chǎng)景。

圖3

如圖3所示，在這個(gè)系統(tǒng)中，穩(wěn)定的激光頻率梳可以在幾分鐘內(nèi)構(gòu)建完成。各個(gè)光學(xué)模塊間由保偏光纖相互連接，以簡(jiǎn)化組裝難度并減少熱漂移。系統(tǒng)首先從一個(gè)高重頻飛秒激光器開(kāi)始，Menhir Photonics激光器提供一個(gè)低噪聲的1550 nm、1 GHz的飛秒脈沖激光，該激光被送入摻鉺光纖放大器增加脈沖能量，放大后的脈沖光通過(guò)一小段色散補(bǔ)償光纖之后輸入光頻梳偏頻測(cè)量模塊（COSMO），可以檢測(cè)到載波包絡(luò)偏移信號(hào)（fCEO），載波包絡(luò)偏移信號(hào)（fCEO）在放大、濾波之后進(jìn)入鎖相環(huán)等反饋模塊，為激光器提供反饋信號(hào)。此時(shí)的射頻頻譜分析儀上就可以看到具有相干尖峰了。

我們將放大器輸出連接到光頻梳偏頻測(cè)量模塊（COSMO），并調(diào)整放大器以提供max的fCEO信號(hào)。在300 kHz分辨率帶寬下，fCEO的信噪比約為36 dB，在100 kHz分辨率帶寬下，信噪比約為42 dB(圖4)。這樣的信噪比數(shù)據(jù)對(duì)于fCEO所需的精確可靠的鎖定來(lái)說(shuō)綽綽有余。然后，我們將fCEO電信號(hào)連接到Vescent SLICE-OPL并開(kāi)始反饋控制，這使得我們能夠?qū)CEO鎖定到任意RF頻率(圖4，右側(cè)藍(lán)色曲線(xiàn))。當(dāng)我們?cè)黾臃答伒脑鲆鏁r(shí)，我們看到fCEO的中心變窄，“相干尖峰"出現(xiàn)在中心(圖4，右側(cè)橙色曲線(xiàn))。這表明我們實(shí)現(xiàn)了fCEO的精確鎖相。在fCEO鎖中觀察到的環(huán)內(nèi)剩余相位噪聲如圖5所示，證實(shí)了對(duì)頻率低于40 kHz的相位噪聲有很強(qiáng)的抑制作用。

圖4

圖5

zui后，該模塊的基本參數(shù)如下：

上海昊量光電設(shè)備有限公司是美國(guó)Octave Photonics公司在中國(guó)地區(qū)的代理合作伙伴，可以提供光頻梳偏頻測(cè)量模塊（COSMO）的銷(xiāo)售與技術(shù)服務(wù)，此外，昊量光電可以提供與該模塊配套使用的整套設(shè)備，

例如：Menhir 激光器，它可以輸出1550 nm、1 GHz的飛秒脈沖激光，該激光器集成度高、噪聲低、堅(jiān)固可靠，適配COSMO模塊的使用需求。

圖6 Menhir 高重頻飛秒激光器

Moku：Pro，利用它的多儀器并行功能，可以針對(duì)激光器的重頻、偏頻搭建兩個(gè)閉環(huán)進(jìn)行鎖定反饋，操作方便快捷。

圖7 Moku：Pro多功能綜合測(cè)量?jī)x器

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