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

美國的OCTave公司新推出的光頻梳偏頻測量模塊（COSMO）可用于檢測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，并且可以通過標準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)的情況下實現(xiàn)對fceo的精確控制，信噪比>35dB，以更低的尺寸、重量和功率要求實現(xiàn)了非常好的性能,利用該模塊搭建系統(tǒng)可以作為一種簡單的1 GHz的超低噪聲光學頻率梳解決方案。

圖1

該模塊使用f-2f干涉測量法來檢測載波包絡(luò)偏移頻率，它包含一個超連續(xù)譜產(chǎn)生模塊、二次諧波產(chǎn)生材料和一個光電探測器。鎖定fceo的f-2f自參考過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，平均功率> 1 W)，這樣才能方便與干涉儀進行高精度對準。由于光頻梳偏頻測量模塊（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檢測載波包絡(luò)偏移頻率，它允許以小于200 pJ (即frep頻率=1 GHz時，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fceo，這使得光頻梳偏頻測量模塊（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所示的簡單配置中，將鎖模光纖激光器與光頻梳偏頻測量模塊（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峰，分別是fceo、fceo-frep、frep.

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

圖3

如圖3所示，在這個系統(tǒng)中，穩(wěn)定的激光頻率梳可以在幾分鐘內(nèi)構(gòu)建完成。各個光學模塊間由保偏光纖相互連接，以簡化組裝難度并減少熱漂移。系統(tǒng)首先從一個高重頻飛秒激光器開始，Menhir Photonics激光器提供一個低噪聲的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一小段色散補償光纖之后輸入光頻梳偏頻測量模塊（COSMO），可以檢測到載波包絡(luò)偏移信號（fCEO），載波包絡(luò)偏移信號（fCEO）在放大、濾波之后進入鎖相環(huán)等反饋模塊，為激光器提供反饋信號。此時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量模塊（COSMO），并調(diào)整放大器以提供max的fCEO信號。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)對于fCEO所需的精確可靠的鎖定來說綽綽有余。然后，我們將fCEO電信號連接到Vescent SLICE-OPL并開始反饋控制，這使得我們能夠?qū)CEO鎖定到任意RF頻率(圖4，右側(cè)藍色曲線)。當我們增加反饋的增益時，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)。這表明我們實現(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，證實了對頻率低于40 kHz的相位噪聲有很強的抑制作用。

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Octave Photonics公司在中國地區(qū)的代理合作伙伴，可以提供光頻梳偏頻測量模塊（COSMO）的銷售與技術(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，可以針對激光器的重頻、偏頻搭建兩個閉環(huán)進行鎖定反饋，操作方便快捷。

圖7 Moku：Pro多功能綜合測量儀器

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