【48812】具有10⁻¹⁹环外频率稳定度的20W高功率光纤光学频率梳 发展

  高功率光学频率梳在非线性精细光谱学、极紫外光学频率梳发生、核原子钟研讨等方面起着十分重要的效果，光纤飞秒激光器因为结构相对比较简单、稳定性很高、易于扩大等长处，是完成高功率光学频率梳的首选计划。但是，因为光纤激光扩大中难以避免的自发辐射（ASE）噪声、泵浦强度噪声、光谱相干性退化以及光程引起的相位抖动等噪声，极度影响着光梳的频率稳定度。因而如安在高功率扩大的一起得到高的频率稳定度是一个极具挑战性的作业。

  针对以上问题，中国科学院物理研讨所/北京凝聚态物理国家研讨中心光物理要点实验室L07组根据长时刻光学频率梳技能讨论研讨的根底，近年先后提出了选用低噪声光纤种子源、线性啁啾脉冲扩大、腔内电光晶体快速相位调制等技能计划，并通过拉锥光子晶体光纤发生高相干性超连续谱及结合结构一体化规划、控温、隔振等各项工程化规划，有效地较低了光学频率梳的噪声。最近该组副研讨员韩海年及博士后邵晓东等人在20W高平均功率的光纤光学频率梳上，进一步完成了环外频率稳定度达10⁻¹⁹/1000s量级的成果。据知这已到达现在最好光学原子钟的频率稳定度，也是迄今高功率光学频率梳获得的最优成果。图1为研发的两套相同的高功率光纤光梳工程样机及环外双光梳比对丈量频率稳定度的原理图。

  图1 （a）高功率光纤光梳工程化原理样机相片，（b）高功率光学频率梳环外频率稳定度丈量原理图

  研讨中运用自建的非线性偏振旋转锁模（NPR）光纤激光振荡器作为飞秒种子脉冲源，经线性光纤啁啾脉冲扩大（CPA）后，得到了平均功率大于20 W、脉冲宽度75 fs的高功率飞秒激光输出。载波包络相移（CEO）频率的确定频率稳定度为1.5×10⁻¹⁷/s。在进行光频的确守时，从振荡器和扩大器不同分支输出的飞秒脉冲与超稳参阅激光别离拍频，假如以扩大器的拍频信号进行确定，则测得高功率扩大激光环内频率稳定度可以到达2×10⁻¹⁸/s，而在只确定振荡器输出的飞秒脉冲情况下，若任由扩大器自在工作，则频率稳定度只能到达10⁻¹⁵/s，差了三个量级。噪声功率谱剖析标明扩大器引进了很多的低频噪声，其对光学频率梳频率的长时刻稳定性有着明显影响，在1000 s门时刻下，该不同乃至高达四个数量级，如图 2 （a）所示。此外表征频率短期稳定性的相位噪声剖析成果也标明，通过一系列的噪声控制措施后，扩大器引进的高频噪声很小，不影响体系的短期稳定性。

  图2 （a）振荡器和扩大器别离确定的频率稳定度，（b）高功率光学频率梳环外比对的频率稳定度