集成化助力光学频率梳走出实验室

High Power Laser Science and Engineering 2020年第2期论文：

Zhiwei Zhu, Yang Liu, Daping Luo, et al. Tunable optical frequency comb from a compact and robust Er:fiber laser[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2020, 8(2): 02000e17

光学频率梳是指在频谱上由一系列均匀间隔、且具有相干稳定相位关系的频率分量组成的光谱。光学频率梳建立了射频频率和光学频率之间的联系，由此开辟了一系列新的应用领域，如高分辨光谱测量、绝对距离测量、光学成像和光学原子钟等。

       自由运转的锁模激光器产生的超快光学脉冲通常具有两个自由度，分别是表征脉冲间距的重复频率和描述光频偏置的载波包络相位偏移频率，当这两个自由度得到精密锁定后，就形成了光学频率梳。

       目前的光学频率梳系统已经能够产生高能量、低噪声的超快脉冲，也能够在光频上将精细频率齿精准定位，但为了能在非实验室环境中稳定使用光学频率梳，实现完全自启动的、可靠的、紧凑的集成化光学频率梳是十分必要的。此外，在频率计量和激光雷达等实际应用中，在系统中获得可调谐的重复频率是充分利用光学频率梳的另一个挑战。

       华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室的李文雪教授课题组在High Power Laser Science and Engineering 2020年第2期的文章中介绍了基于紧凑可靠的掺铒光纤激光器产生的可调谐光学频率梳系统。该系统采用全光纤结构的振荡器和光纤放大器，结合自主研制的锁相环电路，实现了紧凑可靠的集成化光学频率梳。

模块化设计的紧凑型光学频率梳系统由一个独立的光学模块和两个锁相环组成。系统的所有接口均采用了标准接口设计并通过电缆线连接，以保证各个功能模块之间的独立。

该课题组在振荡器内加入了光纤延迟线，使光学频率梳获得了可调谐的重复频率；电控化的设计为系统的程式化操作提供了可能，保偏光纤的应用和改进的机械封装设计使系统具备了良好的抗环境干扰能力，能够在复杂的应用环境中保持稳定的状态。为了评估该光学频率梳的输出特性，课题组测量了锁定后的重复频率信号和载波包络相位偏移频率信号，使用的设备包括频率计数器和相噪分析仪。测量结果显示，精密的相位锁定使光学频率梳具备了稳定的频率特性和低噪声的频率表现。

       李文雪教授认为，这种简单可靠的系统设计方案为研制光学频率梳提供了新的思路，也为复杂环境中光学频率梳的应用提供了新的选择。此外，该系统还具备进一步小型化的潜力，这为光学频率梳技术的应用发展提供了更多的可能。