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利用廉价二极管生成窄线宽光源

发布:laserline    |    2018-12-01 23:32    阅读:207
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俄罗斯物理学家已经开发出一种方法,通过微环谐振器的反馈自注入锁定,显着缩小普通二极管激光器的发射光谱。[图片:NG Pavlov等人/ Nature Photonics ]

近年来,工程师在缩小频率梳方面取得了巨大进展——在CMOS芯片尺度上工作的超精密的“光学标尺”已经彻底改变了激光光谱学。然而,这些芯片级频率梳通常必须由强大的外部窄线宽单频激光器泵浦,这增加了体积,复杂性和成本现在,俄罗斯的一个研究小组已经展示了一种将紧凑、廉价的激光二极管的输出转换为能够驱动片上频率梳和其他应用的强大窄线宽激光源的方法(Nat.Photon,doi:10.1038 / s41566-018-0277-2)。为了实现这一点,该团队巧妙地利用了用于频率梳生成的相同微谐振器的光学反馈,将二极管源的模糊光谱锁定在一个紧密的频率峰值中。研究人员认为,这种方法可以开辟一条通往“最紧凑、最廉价的高相干激光器、频率梳状光源、以及大规模生产基于梳状器件”的道路。

光学频率梳是由数十万甚至数百万条离散的、形状相同的尖锐光谱线组成的激光人工光谱。这些高精度的光谱为分子光谱学开辟了新的途径,这是2005年诺贝尔物理学奖授予频率梳先驱和OSA荣誉成员John Hall和Theodor Hänsch的成就。最近,结合了两个频率梳的所谓的双梳光谱方法提高了该技术的分辨率、速度和灵敏度。早期频率梳子通常使用飞秒锁模激光器作为光源。然而,近年来,出现了另一种梳子,即所谓的克尔梳子或微型梳子,其依赖于高Q光学微环谐振器中的非线性克尔效应。研究人员甚至已经成功地利用与外部激光源相连的这种谐振器来构型。这就是问题所在,因为必须用与微腔谐振的宽度相当线宽的强单频激光信号泵浦微梳,所以这些片上梳需要连接到外部激光器,并由外部激光器驱动,才可以实现所需的功率和窄的线宽。这种要求限制了小型或可穿戴的梳状光谱仪的前景,例如用于基于现场的化学分析,以及一些其他预期的应用。

由俄国量子中心(RQC)和洛蒙诺索夫莫斯科州立大学(MSU)的OSA成员Michael Gorodetsky领导的这个新研究小组希望一个紧凑、廉价且不是特别窄线宽的激光二极管是否能够转换成用于片上微梳的合适的窄线宽光源。为此,他们决定使用Kerr频率梳下面的相同的微环谐振器作为光反馈源,以迫使二极管激光器进行窄线宽操作——一种称为自注入锁定的方案。在该小组的设置中,来自以电信波长为中心、具有10nm光谱宽度的廉价的100mW商业激光二极管的光穿过透镜,并通过玻璃棱镜耦合到直径为5.5mm的氟化镁环形微谐振器。谐振器的回音壁模式频率的辐射被共振地反向散射并返回到二极管激光器。低噪声、单频后向散射激光功率的注入有效地降低了相位噪声和强度噪声,并使二极管激光器锁定在注入频率下工作。

研究小组发现,这种装置能够将原本的10nm光谱宽度缩小到只有光谱宽度的十亿分之一纳米的高功率透射带。研究人员还发现,通过仔细调整二极管激光频率,他们可以使用相同的系统,无需修改,直接从多频产生一个30纳米宽的孤子频率梳,线间距为12.5 GHz二极管源。研究人员相信,他们用廉价的激光二极管制造窄线宽、紧凑型激光器的系统,除了产生频率梳之外,还有很多应用。例如,他们注意到这种窄线宽源可能在电信中有用,允许更多数量的信道用于越来越受带宽限制的光通信网络。他们还看到了在可穿戴传感器、自动驾驶汽车激光雷达和其他领域的应用。团队负责人Gorodetsky在附带的一份新闻稿中指出:“对这种激光器的需求将非常高。”除了RQC和MSU之外,这项工作还包括莫斯科物理科学与俄罗斯三星研发中心的研究人员。

来源: Optics Photonics
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