强激光与粒子束
2024, 36(4): 043009
1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 中国科学院国家授时中心中国科学院时间基准及应用重点实验室，陕西 西安 710600
3 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
平衡零拍探测技术是测量压缩态量子噪声的主要方法之一，通过光电二极管阵列和多路并行电感-电容（L-C）耦合跨阻的方式，实现了一种低噪声、高信噪比的多像素平衡零拍探测器，探测器的工作带宽为5 MHz。每一个像素通道中，光功率为1.66 mW的815 nm激光入射时，散粒噪声功率在2 MHz分析频率处比电子学噪声高23 dB。当光强分布在所有像素通道时，各通道散粒噪声功率和入射光强成正比，验证了探测器可以实现多通道并行的平衡零拍探测。该探测器可实现量子光学频率梳的频谱可分辨平衡零拍探测，为量子光学频率梳在量子精密测量领域的应用提供高性能的探测工具。
探测器 跨阻放大器 量子光学频率梳 平衡零拍探测器 光电二极管阵列 信噪比
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室&光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
2 中国计量科学研究院时间频率计量研究所，北京 100029
3 国家市场监管重点实验室（时间频率与重力计量基准），北京 100029
4 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
中红外飞秒光学频率梳在天文学、药物检测、生物化学、大气检测和材料科学等领域中有着广阔的应用前景。报道了一个高功率中红外飞秒光学频率梳系统，该系统主要由掺铒光纤飞秒光学频率梳、超连续谱产生装置、双包层掺铥光纤放大器和基于透射式衍射光栅对的压缩器四部分构成。掺铒光纤光学频率梳输出平均功率为350 mW、中心波长为1565 nm、重复频率为198 MHz、脉冲宽度为55 fs的飞秒激光，并将其注入到一段正色散高非线性光纤中，产生1100~2200 nm超连续光谱。超连续光通过由掺铥光纤构成的自泵浦放大器，产生中心波长为1925 nm、平均功率为50 mW的飞秒脉冲。将此脉冲作为双包层掺铥光纤放大器的种子源，功率被放大到36.07 W，压缩后得到平均功率为22.72 W、脉冲宽度为240 fs的飞秒激光脉冲输出。
非线性光学 光学频率梳 飞秒激光 啁啾脉冲放大 中红外波段
西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
提出一种高平坦宽带光学频率梳（OFC）信号产生方案，对高平坦、宽带电光频梳信号产生机理与方法开展了理论研究与仿真分析。在仿真分析中，利用双驱动马赫-曾德尔调制器产生光频梳信号，利用相位调制器进一步提升梳状线的数量，最后通过联合优化马赫-曾德尔调制器的驱动信号功率和直流偏置电压来提高平坦度。仿真结果显示，该方案可产生带宽为1.08 THz的宽带光频梳信号，音噪比（TNR）达到60 dB、平坦度达到0.5 dB。将所提方案应用于光载太赫兹通信系统，通过仿真验证了单通道及多通道16阶正交幅度调制（16QAM）太赫兹信号在背对背（BTB）或10 km光纤传输情况下的传输性能。结果表明，上述每种情况下的误码率都低于前向纠错码的阈值。
光频梳 马赫-曾德尔调制器 相位调制器 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0522002
1 北京交通大学电子信息工程学院光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
2 北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044
提出一种利用锁相双频激光作为泵浦源输入正常色散富硅氮化硅微环谐振腔产生光频率梳的方案。对富硅氮化硅微环谐振腔进行色散调控，实现1550 nm波段平坦正常色散优化设计。利用LLE（Lugiato Lefever equation）方程进行光频率梳产生仿真，分析改变泵浦失谐时光频率梳产生的时域和频域演化过程。同时，探究各项参数对光频率梳产生的影响，包括泵浦功率、双频激光功率占比、微腔波导损耗、微腔色散、双频激光频率间隔。仿真实现的光频率梳带宽可覆盖1520 nm到1580 nm。
非线性光学 光频率梳 富硅氮化硅 色散调控 微腔
Author Affiliations
Abstract
Shanghai Jiao Tong University, State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Department of Electronic Engineering, Shanghai, China
Spectroscopy is the basic tool for studying molecular physics and realizing biochemical sensing. However, it is challenging to realize sub-femtometer resolution spectroscopy over broad bandwidth. Broadband and high-resolution spectroscopy with calibrated optical frequency is demonstrated by bridging the fields of speckle pattern and electro-optic frequency comb. A wavemeter based on a whispering-gallery-mode barcode is proposed to link the frequencies of a probe continuous-wave laser and an ultrastable laser. The ultrafine electro-optic comb lines are generated from the probe laser to record spectrum of sample with sub-femtometer resolution. Measurement bandwidth is a thousandfold broader than comb bandwidth, by sequentially tuning the probe laser while its wavelength is determined. This approach fully exploits the advantages of two fields to realize 0.8-fm resolution with a fiber laser and 80-nm bandwidth with an external cavity diode laser. The spectroscopic measurements of an ultrahigh Q-factor cavity and gas molecular absorption are experimentally demonstrated. The compact system, predominantly constituted by few-gigahertz electronics and telecommunication components, shows enormous potential for practical spectroscopic applications.
frequency comb reconstructive wavemeter spectroscopy Advanced Photonics
2024, 6(1): 016006
1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室，上海先进通信与数据科学研究院，特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
2 中国计量科学研究院，北京 100029
3 华中科技大学光学与电子信息学院下一代互联网接入系统国家工程实验室，湖北 武汉 430074
4 东莞理工学院电信工程与智能化学院，广东 东莞 523808
5 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062
6 浙江省引力波精密测量重点实验室国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
利用45°倾斜光纤光栅（45°-TFG）作为光纤型起偏器，搭建了一台高可靠性高稳定性的掺铒锁模光纤激光器，并以此为基础实现了重复频率和载波包络偏移频率的精确锁定。当泵浦功率为228 mW时，基于45°-TFG的锁模激光振荡器可实现3 dB光谱带宽为60.4 nm、脉冲宽度为68 fs的超短脉冲输出，在12 h内功率的均方根稳定性达到0.033%，且在较大的泵浦范围内均能维持较好的展宽锁模状态。经过自主搭建的非线性脉冲放大、超连续谱产生以及自参考拍频干涉光路，获得了信噪比为32 dB的信号。最后通过搭建基于锁相环的主动反馈控制电路，将和信号溯源至一台GPS时频系统，最终测得和信号归一化后在1 s门时间内频率稳定度为2.38×10-12和6.41×10-16。这是首次实现基于45°-TFG的光纤激光频率梳，表明了基于45°-TFG的锁模光纤激光器在实际应用中的潜力。
锁模光纤激光器 光纤光栅 非线性偏振旋转 光纤激光频率梳 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0106005
1 中国科学院合肥物质科学研究院，安徽光学精密机械研究所，安徽省光子器件与材料重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
本文报道了一种性能稳定的宽带宽调谐差频产生（DFG）中红外光梳设计方案。采用保偏光纤构建光纤链路，以确保其性能稳定；采用自相似光纤放大、光纤孤子压缩及负色散高非线性光纤产生超连续谱等技术，获得了宽带、弱啁啾和窄脉宽基频脉冲；通过严格控制双色基频脉冲的空间重叠、时间同步和偏振特性，仅通过调整硒化镓非线性晶体的相位匹配角和时间同步，无须改变双色基频频率的光谱特性，DFG中红外光梳就可以实现宽光谱带宽和宽光谱调谐范围输出。集成封装仪器化的DFG中红外光梳的光谱覆盖范围为7~13 μm，每个调谐波段的带宽均较宽，9.5 μm波段的带宽达到了2.43 μm；7~13 μm光谱调谐范围内的平均功率都大于240 μW，其中8 μm波段的平均功率达到了470 μW。
激光器 光学频率梳 差频产生 飞秒脉冲 中红外光梳 中国激光
2023, 50(23): 2301008
1 北京量子信息科学研究院 量子材料与器件研究部，北京 100193
2 中国科学院物理研究所 北京凝聚态物理国家实验室，北京 100190
3 中国科学院大学 物理学院，北京 100049
4 中国科学院半导体研究所 半导体材料科学重点实验室，北京 100083
作为一种新型半导体激光器，量子级联激光器因其独特的子带间跃迁机制，具有高速响应、高非线性、输出波长大范围可调等特点。近年来随着输出光功率和电光转化效率等性能指标的快速提升，量子级联激光器已成为中红外至太赫兹波段（波长约为3~300 μm）的主流激光光源，在大气污染监控、气体检测、太赫兹成像、生物医疗以及空间光通信等领域具有重要科学意义和应用价值。本文阐释了量子级联激光器的发展历程以及工作原理；分别重点讨论了中红外量子级联激光器在高效率、大功率、波长可调谐以及片上传感的应用等方面的研究进展，并对基于中红外量子级联激光器差频太赫兹光源和光频梳的发展进行叙述，最后进行了简要总结与展望。
量子级联激光器 片上传感 光频梳 太赫兹 Quantum cascade lasers On-chip sensing Optical frequency comb Terahertz 光子学报
2023, 52(10): 1052409
