Sensitive dependence of the linewidth enhancement factor on electronic quantum effects in quantum cascade lasers
线宽增强因子（LEF）描述了半导体激光器中振幅波动和相位波动之间的耦合，并且最近已被证明是除了线宽展宽之外的频率梳形成的关键分量。它必然产生于因果关系，如著名的克拉默斯-克罗尼格关系，在介质中的磁化率对强度变化的非平凡依赖性。虽然热贡献通常是缓慢的，因此通常可以通过适当设计实验的动力学来排除，但许多量子贡献更难分离。为了理解并最终将LEF设计为频率梳形成、孤子产生或窄激光线宽的合适值，因此重要的是系统地对所有这些效应进行建模。在这项全面的工作中，我们介绍了一个通用的计划计算的LEF，我们采用非平衡格林函数模型。这种直接的方法，基于模拟系统的响应在不同的光强度下，并提取强度波动的敏感性的依赖性，可以包括所有相关的电子效应和预测的LEF的操作量子级联激光器是在0.1 - 1的范围内，这取决于激光器的偏置和频率。我们还确认，多体效应，非共振跃迁，色散（布洛赫）增益，反向旋转条款，强度依赖的跃迁能量，和精确的子带分布都显着的贡献，是重要的准确模拟的LEF。
2022-07-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Picosecond laser pulses for quantum dot-microcavity based single photon generation by cascaded electro-optic modulation of a narrow-linewidth laser
本文利用定制电子设备级联驱动两个高带宽EOM，产生短至17 ps、对比度高于25 dB的光脉冲，并实现InGaAs量子点-微腔单光子源的共振激发。
2024-08-15 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Spectral characterization of a frequency comb based on cascaded quadratic nonlinearities inside an optical parametric oscillator
利用连续波泵浦光参量振荡器中的级联二次非线性效应，对光学频率梳的产生进行了实验研究。我们演示了梳状状态，产生窄线宽的模间拍音信号，我们验证了模式间隔均匀性的梳在Hz水平。我们还表明，可以通过调制的频率，对应于梳状模间距的参数增益的梳的光谱质量得到改善。在~2 μm波长的近红外波段，我们获得了超过4 W的高平均输出功率。
2015-09-14 physics.optics
Linewidth of the Laser Optical Frequency Comb with Arbitrary Temporal Profile
对于许多应用，光学频率梳（OFC）需要高度的时间相干性（窄线宽）。通常的OFC是由单色窄线宽激光源或锁模激光脉冲在非线性介质中产生的，但在非常重要的中红外（MIR）和太赫兹（THz）光谱区域，OFC可以由自由运行的量子级联激光器（QCL）以高效率内在地产生。这些梳状物看起来不像常规的OFC，因为每个模式的相位不同，并且在时域中，OFC是幅度调制信号和相位调制信号的看似随机的组合，而不是短脉冲。尽管有这种伪随机性，实验证据表明QCL OFC的线宽与单模QCL的线宽一样窄。虽然普遍承认，但这一看似观察并没有得到充分理解。在这项工作中，我们严格证明了这一事实，推导出表达式的Schawlow-Townes线宽的QCL OFC和提供一个透明的物理解释的基础上的激光模式的正交性，表明尽管他们非常不同的时间分布MIR和太赫兹QCL OFC是一样好的大多数应用程序作为任何其他OFC。
2018-07-26 physics.optics
Frequency stabilization of a quantum cascade laser by weak resonant feedback from a Fabry-Pérot cavity
稳频中红外激光器是精密分子光谱学的重要工具。然而，这些措施的执行仍然受到复杂的稳定计划的限制。在这里，我们实现了一个量子级联激光器的光学自锁到一个高度模式匹配的双镜腔的谐振泄漏场。其结果是一种简单的方法来实现高功率中红外激光器的超纯频率。对于短时间尺度（<0.1 ms），我们报告的线宽减少因子为$3\times10^{-6}$的线宽为12 Hz。此外，我们证明了双光子腔增强吸收光谱的N $_{2}$ O泛音跃迁附近的波长为4.53 $μ$ m。
2021-04-15 physics.app-ph physics.chem-ph physics.optics
Spectrally resolved linewidth enhancement factor of a semiconductor frequency comb
线宽增强因子是近年来半导体激光器频率梳产生研究的热点。在这里，我们提出了一种新的调制实验，这使得直接测量的光谱分辨LEF在激光频率梳。通过利用相敏技术，我们能够提取LEF的每一个梳模式。我们首先利用Maxwell-Bloch模拟研究和验证了这种普遍适用的技术，然后给出了量子级联激光频率梳的实验演示。
2021-04-12 physics.app-ph physics.optics
Tunable narrow linewidth chip-scale mid-IR laser
便携式中红外（mid-IR）光谱和传感应用需要可广泛调谐、窄线宽、芯片级、单模光源，而不会牺牲显著的输出功率。然而，没有这样的激光器已被证明超过3 $μ$ m，由于建设可调谐的，高品质因数（Q）的芯片上的腔的挑战。我们展示了一个可调谐的，单模中红外激光器在3.4 $μ$ m使用高Q硅微腔集成加热器和多模带间级联激光器（ICL）。我们表明，ICL的多个纵模崩溃成一个单一的频率通过自注入锁定输出功率为0.4 mW，实现了氧化物包层高约束波导微谐振器的负载Q值为$2.8\times 10^5$。使用集成的微加热器，我们的激光器具有3.4 $μ$ m的54 nm的宽调谐范围与3 dB的输出功率变化。我们进一步测量的上限有效线宽为9.1 MHz的锁定激光器使用扫描法布里-珀罗干涉仪。我们设计的单模激光器的基础上可调谐高Q值微谐振器可以扩展到量子级联激光器在更高的波长，并导致紧凑，便携式，高性能的中红外传感器的光谱和传感应用的发展。
2021-07-26 physics.app-ph physics.optics
Narrow linewidth lasing and soliton Kerr-microcombs with ordinary laser diodes
窄线宽激光器和由锁模激光器产生的光学频率梳革新了光学频率计量学。在紧凑型晶体或集成环形光学微谐振器中出现的孤子克尔频率梳为应用开辟了新的视野。然而，这些梳齿，正如自然假设的那样，需要窄线宽的单频泵浦激光器。我们证明了一个规则的多频法布里-珀罗激光二极管自注入锁定到一个光学回音壁模式（WGM）微谐振器可以首先有效地转换为一个单频超窄线宽源，然后相干孤子梳状振荡器与低功耗和进一步集成的可能性。
2018-09-26 physics.optics
Widely Tunable, Low Linewidth, and High Power Laser Source using an Electro-Optic Comb and Injection-Locked Slave Laser Array
我们提出了一种简单的方法来实现一个可调谐的，高功率和窄线宽的激光源的基础上的一系列高度相干的音调从电光频率梳和一组3 DFB从激光器。我们的实验表明，约1.25太赫兹（10 nm）的C波段内的调谐中心在192.9太赫兹（1555 nm）。输出功率约为100 mW（20 dBm），边带抑制比大于55 dB，在整个可调谐范围内线宽低于400 Hz。这种方法是可扩展的，并且可以扩展到覆盖显著更宽的光谱范围。
2021-03-03 physics.optics
Coherent multi-mode dynamics in a Quantum Cascade Laser: Amplitude and Frequency-modulated Optical Frequency Combs
我们基于有效半导体麦克斯韦-布洛赫方程组建立了理论模型，研究了法布里-佩罗多模中红外量子级联激光器的动力学行为，旨在研究光学频率梳的自发产生。该模型包含了半导体有源介质的关键特征，如非对称的，频率相关的增益和折射率，以及由线宽增强因子提供的场动力学的相位-振幅耦合。我们的数值模拟与最近的实验结果非常一致，显示了广泛的梳formationin锁定制度，分离的混沌动力学时，场模式解锁。在前一种情况下，我们确定沿腔行进的自约束结构，而瞬时频率的特征在于线性啁啾行为。在这样的制度，我们表明，OFC的特点是伴随和相关的幅度和频率调制。
2020-04-28 physics.optics
Integrated frequency comb laser with narrow intrinsic optical linewidth based on a dielectric waveguide feedback circuit
提出了一种集成的混合半导体-介质（InP-Si $_3$ N $_4$）波导激光器，该激光器在波长约1.5 $μ$ m处产生频率梳，其本征线宽为34 kHz。这是通过使用低损耗介电波导电路延长腔光子寿命来实现的。在我们的实验演示中，片上，激光腔的有效光路长度扩展到6厘米。由此产生的线宽变窄显示了高潜力的片上，高度相干的频率梳与直接电泵浦，基于混合和异构集成电路，利用低损耗的介质波导。
2019-02-18 physics.optics
Frequency stabilisation and SI tracing of mid-infrared quantum-cascade lasers for precision molecular spectroscopy
分子精确检测技术的进步为精密光谱学和量子技术领域的新研究提供了令人兴奋的可能性。在这些领域的实验通常解决中红外（MIR）光谱区域的分子振动，从而产生对光谱纯和精确的MIR激光源的需求。量子级联激光器（QCL）已经成为在宽范围的MIR频率上可用的灵活的相干辐射源。在这里，我们展示了一个强大的方法，同时线宽变窄，频率稳定，和绝对频率参考的MIR QCL所有这些都是精确的光谱实验的先决条件。以下的辐射的可见光域的上转换，我们实现了一个相位锁定的QCL的线宽变窄的光学频率梳，这是参考一个远程SI可追踪的主频率标准，通过光纤链路的绝对频率校准。为了实现一个可靠的QCL和OFC之间的拍音符的频率计数，我们采用冗余跟踪振荡器，并证明了频率不稳定性的$5\times10^{-13}$在1 s和$2\times10^{-14}$在1000 s的集成时间，我们的远程参考的准确性的限制。
2022-09-14 physics.ins-det physics.optics
Testing ultrafast mode-locking at microhertz relative optical linewidth
我们报告的相位相干性的超快锁模过程中的倍频程跨越钛：蓝宝石梳的新的限制。我们发现，锁模机制相关的光学相位在整个光学倍频程小于2.5微赫兹的相对线宽。这一结果是至少两个数量级低于最近预测的量子限制的个人梳模线宽，验证锁模机制强烈相关的量子噪声在梳谱。
2009-01-22 physics.optics
Coherent mode-combined ultra-narrow-linewidth single-mode micro-disk laser
具有超窄线宽的集成单模微激光器在从相干通信和激光雷达到计量和传感的广泛应用中发挥着改变游戏规则的作用。由于实现具有抑制的模式数的超高Q有源微谐振器的困难，以可控和成本有效的方式产生这样的光源仍然是一个突出的挑战。本文报道了在超高Q值掺铒铌酸锂（LN）微盘中产生的微激光。通过在泵浦和激光波长下形成相干组合的多边形模式，微激光器具有98 Hz的超窄线宽的单模操作。结合LN晶体优异的电光和非线性光学特性，可批量生产的片上单模微激光器将为要求高精度频率控制和可重构性的光子集成电路提供必要的构建模块。
2021-07-19 physics.optics
Phase noise accumulation in recirculating frequency shifting loop based programmable optical frequency comb
观察到在循环频移回路中，线宽随循环数的增加而不断展宽的现象。本文提出了一种测量掺铒光纤放大器（EDFA）在循环式移频环路中引起的相位噪声积累的新方法，实验结果支持了掺铒光纤放大器（EDFA）使激光器线宽展宽的观点。已提取的经验公式来估计RFS输出的线宽恶化。从理论和实验两方面论证了基于RFS的光学频率梳的线宽与回流数之间的关系。采用循环移频环，可以明显地测量掺铒光纤放大器引起的相位噪声积累，精确地测量各频点的线宽。
2019-05-18 physics.optics
Tailored quantum dots for entangled photon pair creation
我们比较了自组装（In，Ga）As/GaAs量子点中由法拉第旋转确定的亮激子基态对的不对称诱导的交换分裂delta_1与由时间分辨光致发光中的辐射衰减获得的均匀线宽γ。生长后的点结构的热退火导致相当大的均匀线宽的增加，而同时观察到的交换分裂的强烈减少。退火可以被定制，使得δ_1和γ变得相当，因此载流子仍然被很好地限制。这为通过双激子衰变级联观察偏振纠缠光子对提供了可能性。
2006-01-16 physics.optics
Comb-rooted multi-channel synthesis of ultra-narrow optical frequencies of few Hz linewidth
我们报道了一种多通道光频率合成器，它可以直接从掺铒光纤振荡器的光梳中产生非常稳定的连续波激光。被稳定到一个高精细度腔的分数频率稳定度为$3.8\times10^{-15}$在0.1秒，梳状生根合成器产生多个光频率的超窄线宽为1.0 Hz在1秒的同时，输出功率为几十mW的每个通道。通过注入锁定的基于二极管的受激发射是一种关键机制，它允许梳状频率模式以足够的功率放大而萌芽，但不会损失原始梳状频率稳定性。通道频率可单独选择，在1550 nm中心波长周围跨越4.25 THz的整个梳状带宽上以0.1 GHz增量增加。一系列的环外测试结果进行了讨论，以证明该合成器是能够提供稳定的光频率与推进各种超精密应用，如光学时钟比较，原子线光谱，光子微波产生，相干光通信的潜力。
2019-03-26 physics.optics
Optical linewidth of soliton microcombs
孤子微梳为实现基础研究和技术应用提供了一个通用的平台。为了用作精密计量的频率尺，孤子微梳必须显示宽带相位相干性，其特征在于梳线的光学相位或频率噪声及其相应的光学线宽的参数。在这里，我们分析了在氮化硅高Q值微谐振器中产生的孤子微梳中的光学相位噪声动力学，并表明，由于拉曼自频移或色散波反冲，一些梳线的洛伦兹线宽可以，令人惊讶的是，比泵浦激光窄。这项工作阐明了孤子微梳的相位相干性的物理限制的信息，并说明了一种新的策略，用于产生光谱相干光的芯片。
2022-05-17 physics.optics
Quantum Cascade Lasers as Broadband Sources via Strong RF Modulation
本文通过强射频调制产生短脉冲，驱动量子级联激光器实现增益受限的宽带激射，并研究了线宽与带宽、稳定性及相干性的权衡关系。
2023-11-22 physics.app-ph physics.optics
Mid-infrared quantum cascade laser frequency combs based on multi-section waveguides
我们提出了量子级联激光器（QCL）频率梳器件与工程波导管理的色散。QCL波导由具有不同波导宽度的多个部分组成。波导的窄段和宽段被设计成补偿彼此的群速度色散（GVD），从而为QCL产生平坦且略微负的GVD。QCL在激光器的大部分动态范围内表现出连续的梳状操作。在300 mA以上的宽工作电流范围内实现了强而窄线宽的模间拍音。梳状器件还具有相当高的输出功率（>380 mW）和宽的光学带宽（>55 cm-1）
2020-10-27 physics.app-ph physics.optics
Robust kHz-linewidth distributed Bragg reflector laser with optoelectronic feedback
我们展示了一个光学和电子反馈的组合，显着缩小了分布式布拉格反射器激光器（DBR）的线宽。我们使用来自长外部光纤路径的光反馈来降低激光器的高频噪声。放置在光反馈路径内部的电光调制器允许我们将电子反馈应用于具有非常大带宽的激光频率，从而实现对抑制激光噪声的低频分量的参考腔的鲁棒和稳定锁定。光学和电子反馈的组合使我们能够显著降低激光器在所有频率上的频率噪声功率谱密度，并将其线宽从1.1 MHz的自由运行值缩小到1.9 kHz的稳定值，这受到检测系统分辨率的限制。这种方法能够在宽波长范围内基于DBR构建具有亚kHz线宽的鲁棒激光器。
2019-10-07 physics.optics
Quantum Cascade Laser Frequency Combs
最近的研究表明，宽带量子级联激光器可以作为频率梳工作。因此，它们在中红外和太赫兹频率下的直接电泵浦下工作，使它们对双梳光谱非常有吸引力。性能水平不断提高，平均功率超过100 mW，中红外$^{-1}$的频率覆盖范围为100 cm。在THz范围内，报道了10 mW的平均功率和600 GHz的频率覆盖。由于增益介质的上态寿命非常短，这些源中的模式增殖是由四波混频而不是饱和吸收引起的。结果，它们的光学输出的特征在于输出功率的小强度调制的趋势，以及模式的相对相位类似于频率调制激光器的模式。最近的结果包括梳状操作的证据下降到一个水平，观察到一个Schawlow-Townes加宽的线宽，以及第一个双梳光谱测量。该结构集成单片非线性光学元件以及作为检测器工作的能力显示出未来双梳系统芯片集成的巨大前景。
2015-10-30 physics.optics
Free-running single-cavity dual combs with Hz-level relative linewidth
East China Normal University（华东师范大学）；Chongqing Institute of East China Normal University（华东师范大学重庆研究院）；University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学）；Jinan Institute of Quantum Technology（济南量子技术研究院）
提出基于全保偏光纤的对称工程双向单腔双梳激光器，实现赫兹级相对线宽自由运转互相关，重复率差抖动改善近两个数量级，用于宽带分子光谱和毫秒级气体传感。
2026-06-23 physics.optics
The Phonon-Limited-Linewidth of Brillouin Lasers at Cryogenic Temperatures
激光线宽在光谱学、频率计量学和所有需要高相干性的激光应用中至关重要。这也是非常重要的，因为肖洛-汤斯激光器的线宽极限是量子起源的。近年来，受激布里渊激光器（SBL）的线宽理论得到了报道。虽然SBL线宽公式表现出的功率和光学Q因子的依赖性是相同的肖洛-汤斯公式，噪声源不存在于两级激光器，声子占据的布里渊力学模式，被预测为占主导地位的SBL线宽的贡献。此外，由于声子的参与，SBL线宽的量子极限被预测为Schawlow-Townes极限的两倍。为了帮助证实这一理论的SBL基本线宽测量在低温下的硅微谐振器。它的温度依赖性和SBL线宽理论相结合，预测在三个温度下的热机械量子数。这一结果与微波速率布里渊模的玻色-爱因斯坦声子占有率一致，支持了SBL线宽理论的预言。
2017-06-11 physics.optics
Attempt to Generate Narrow Linewidth, CW Terahertz Radiation by Using Optical Frequency Comb
报道了利用光学频率梳（OFC）产生高稳定连续太赫兹波的尝试。利用852nm激光线在LiNbO_3晶体腔中进行深度相位调制，产生了约10nm宽的OFC。OFC的多个光学模式（边带）被调制频率（=6 GHz）等间隔作为频率参考。当另一个半导体激光器被频率锁定时，主激光器和第二激光器之间的差频的稳定性在RF调制器的同一阶上得到改善。这种稳定的差频光拍频在光导天线中进行光混频，可以实现超窄线宽的可调谐太赫兹辐射源。
2003-05-29 physics.optics
Demonstration of a Transportable 1 Hz-Linewidth Laser
介绍了一台用于锶原子钟的698 nm可移动钟激光器的研制和测试。将主从式半导体激光器系统稳定在刚性安装的光学参考腔上。该装置由卡车从布伦瑞克运送到杜塞尔多夫，距离超过400公里，在那里将腔稳定激光器与固定时钟激光器进行比较，以询问镱（578 nm）。运输后只需要进行小的调整。激光器进行了比较，钛：蓝宝石频率梳用作传输振荡器。由此产生的虚拟拍频显示出低于1Hz的组合线宽（在1156nm处）。传输回布伦瑞克并没有降低激光器的性能，如通过询问锶时钟跃迁所示。
2011-05-18 physics.optics
Microwave noise downconversion in interband cascade laser frequency combs
Wroclaw University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）；Technische Universität Wien（维也纳工业大学）；Naval Research Laboratory（海军研究实验室）；Amentum（安特姆）
本文提出利用微波噪声下变换评估间带倍频激光的相干性，通过基带噪声与多GHz间模拍频的关系，简化了高频光电探测器的需求，为频率梳表征提供了新方法。
2026-04-23 physics.optics
General linewidth formula for steady-state multimode lasing in arbitrary cavities
从半经典激光理论解的散射分析出发，导出了多模非线性区任意腔的激光线宽公式。该理论概括了以前的治疗效果的增益和开放性所描述的彼得曼因素。线宽表示使用的非线性散射矩阵，这可以从稳态从头计算激光理论的基础上的数量;与以前的治疗，没有被动腔或现象学参数参与。我们发现，低腔品质因数，结合显着的介电色散，可以导致从Schawlow-Townes-Petermann理论的实质性偏差。
2012-07-18 physics.optics
Linewidth enhancement factor measurement based on FM-modulated optical injection: application to rare-earth doped active medium
提出了一种测量激光器线宽增强因子的新方法。它是基于频率调制的光注入，结合双频激光器操作。利用标准速率方程模型，从实验数据中推导出线宽增强因子α。由于腔内功率保持恒定，因此该方法允许将过程从通常存在于AM/FM技术中的热效应中释放出来。在二极管泵浦的Nd：YAG激光器中测量α=0.28 $\pm$ 0.04表明该方法非常适合于表征小的α值。
2017-03-09 physics.optics
Narrow-linewidth optical frequency comb reference to a fiber delay line
在这封信中，我们推导出一个完全稳定的窄线宽光学频率梳（OFC）参考一个更长的光纤延迟线的第一次，尽我们所知。OFC中的1537 nm和1566 nm梳状模被相位锁定到具有40 kHz锁定带宽的光纤延迟线。从环外测量，1542-nm梳状模式具有925 mrad的残余相位噪声（从10 MHz到1 kHz积分），在12.8 ms平均时间和580 Hz线宽下的分数频率稳定度为9.13*10（-13）。与自由运行条件相比，线宽被压缩了约170倍。所提出的OFC的短期稳定性超过了大多数商业微波振荡器。整个锁相系统是紧凑和高度集成的，得益于没有光放大器，f-2f干涉仪和光学/无线电参考。所提出的OFC显示出作为可靠的激光源在低噪声OFC为基础的精密计量，微波产生和双梳光谱实验室外的应用显着的潜力。
2020-10-09 physics.ins-det physics.optics
Conjugate phase-noise cancellation enables submicrometre dual-comb ranging with free-running megahertz-linewidth lasers
State Key Laboratory of Photonics and Communications, School of Electronics, Peking University（北京大学电子学院光通信与光子学国家重点实验室）；State Key Laboratory of Photonics and Communications, Department of Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学电子工程系光通信与光子学国家重点实验室）；State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Devices, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所光电材料与器件国家重点实验室）；Laboratory of Solid State Optoelectronics Information Technology, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所固态光电子信息技术实验室）；College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术学院）；HS Photonics Co., Ltd.（海思光子有限公司）
研究利用共轭相位噪声消除（CPNC）技术，结合独立自由运行的分布反馈（DFB）激光器，实现低成本频域双梳测距，能消除公共激光相位因子等，降低光源稳定和相位管理复杂性，达到亚微米测距精度。
2026-07-20 physics.optics
High-efficiency and high-power single-frequency fiber laser at 1.6 um based on cascaded energy-transfer pumping
本文提出了一种级联能量转移泵浦（CEP）和主振荡功率放大器（MOPA）相结合的技术，用于1.6 μ m波段单频光纤激光器（SFFL）的功率缩放，其中Er 3+离子具有有限的增益。CEP技术是通过耦合1.6 μ m的主信号光和C波段辅助激光来实现的。数值模拟结果表明，CEP技术下光纤放大器的能量传递过程包括泵浦竞争和信号光与辅助光的带内粒子跃迁。此外，对于信号发射，由于CEP的存在，上能级的粒子数密度得到了增强，实现了有效的粒子数反转。实验获得了单频1603 nm MOPA激光器，输出功率为52.6W。此外，通过CEP技术，30.4%的斜率效率提高了10%以上。输出功率和斜率效率都是目前1.6um波段SFFL中最高的。同时，在最大输出功率下，获得了5.2kHz的激光线宽和~18 dB的偏振消光比。该技术为提高L波段光纤激光器的斜率效率和功率缩放提供了一种可选的方法。
2019-11-10 physics.optics
Sub-kHz-linewidth external-cavity laser (ECL) with Si$_{3}$N$_{4}$ resonator used as a tunable pump for a Kerr frequency comb
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；LioniX International B.V.（LioniX国际有限公司）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Vanguard Automation GmbH（先锋自动化有限公司）；Deeplight S.A.（Deeplight股份有限公司）
将直接带隙III-V材料中的光学增益与先进光子集成电路提供的可调谐光学反馈相结合，是芯片级外腔激光器（ECL）的关键，可提供宽带可调谐性和低光学线宽。外部反馈电路可以使用低损耗氮化硅（Si $_{3}$ N $_{4}$）波导来有效地实现，其不遭受双光子吸收并且因此可以处理比常规硅光子高得多的功率电平。然而，将基于III-V族的增益元件与可调谐外部反馈电路共同集成在芯片级模块中仍然是一个挑战，需要技术要求苛刻的异构集成技术或昂贵的高精度多芯片组装。在这项工作中，我们展示了Si $_{3}$ N $_{4}$为基础的混合集成ECL，利用3D打印的结构，如腔内光子引线键合和小平面附加微透镜的低损耗光学耦合与宽松的对准公差，从而克服了需要主动对准，同时保持多芯片集成技术的充分灵活性。在一个概念验证实验中，我们展示了一个ECL提供了一个90 nm的调谐范围（1480 nm - 1570 nm），片上输出功率超过12 dBm和边模抑制比高达59 dB。我们实现了979 Hz的固有线宽，这是报告的可比反馈架构的最低值之一。III-V增益元件和基于Si $_{3}$ N $_{4}$的可调谐反馈电路之间的腔内光子引线键合的光学损耗总计约为（1.6 $\pm$ 0.2）dB。我们使用的ECL作为一个可调谐泵浦激光器产生一个耗散克尔孤子频率梳。据我们所知，我们的实验代表了第一次演示的单孤子克尔梳产生…
2023-02-10 physics.optics
Mid-infrared quantum cascade laser frequency combs with a microstrip-like line waveguide geometry
在这项工作中，一个中红外量子级联激光器（QCL）频率梳源的设计，提高了高频响应和梳特性的设备。一个国家的最先进的有源区（AR），生长在重n掺杂的InP：Si衬底上，被加工成一个微带线波导掩埋异质结构。结果，大约11.09 GHz的重复率频率$f_{rep}$可以被锁定到注入的窄线宽射频（RF）信号，在大于200 kHz的范围内，注入功率为-10 dBm，这比普通的掩埋异质结构方案好一个数量级。此外，在高于20 dBm的功率下的RF注入下，激射光谱被平坦化并且显著加宽，带宽从24 $cm^{-1}$增加到65 $cm^{-1}$，而同时梳状的相干性被保持和验证。
2020-12-18 physics.app-ph physics.optics
Quantum cascade laser-pumped terahertz molecular lasers: frequency noise and phase-locking using a 1560nm frequency comb
最近演示的太赫兹（THz）分子气体激光器泵浦的中红外量子级联激光器（QCL）开辟了新的前景，这个家庭的来源，传统上依赖于CO2激光泵浦。QCL泵浦的太赫兹分子激光器的光谱纯度是一个尚未解决的问题。事实上，评估它们的频率/相位噪声对于可能将这些源用作本地振荡器的许多应用至关重要。本文通过测量10.3μ m波长QCL泵浦的1.1THz连续波1 mW太赫兹激光器的频率噪声功率谱密度（PSD）来解决这一问题。这是通过用1560 nm频率梳的重复频率的第1080次谐波拍频ML频率来实现的。我们发现，在100 kHz处，来自载波的频率噪声PSD <10 Hz ~ 2/Hz（-95dBc/Hz）。为了证明泵浦激光的稳定性对太赫兹辐射光谱纯度的影响，我们还测量了CO2激光泵浦的2.5THz ML的频率噪声PSD，在距离载波40 kHz处达到0.1Hz 2/Hz（-105dBc/Hz），受到频率梳谐波的频率噪声的限制。最后，我们表明，它是可能的主动相位锁定QCL泵浦的分子激光器的频率梳状重复率谐波通过控制QCL电流，演示了亚Hz线宽。
2019-11-15 physics.optics
Development and Evaluation of a Narrow Linewidth Laser System for 171Yb+ E2 Transition
我们报告的建设和表征的窄线宽激光系统询问的E2时钟跃迁在436 nm的镱离子被困在端盖陷阱。基频下的871 nm种子激光器参考10 cm长的带切口ULE腔。激光系统的输出被传送到一个窄线宽飞秒光纤梳，这是一个超稳定的698 nm激光器，相位噪声消除光纤链路。在1 ~100 s内，激光器与梳齿之间的拍频为亚Hz线宽，稳定性优于2 E-15。同时验证了自行研制的窄线宽单点倍频掺铒光纤梳状光栅871 nm波长扩展端口的性能。
2023-03-01 physics.atom-ph physics.optics
Homogeneous quantum cascade lasers operating as Terahertz frequency combs over their entire operational regime
我们报道了一个均匀的量子级联激光器（QCL）在太赫兹（THz）频率发射，与约0.6 THz的总光谱发射集中在3.3 THz，电流密度动态范围为Jdr=1.53，和连续波输出功率为7 mW。模间拍音的分析揭示，设计的激光器作为光学频率梳（FC）合成器在整个激光器的操作制度，多达36个光学有源激光模式提供约200 uW的光功率每梳齿，功率水平尚未达到任何太赫兹QCL FC。在240 A/cm 2的电流密度范围内，甚至在负微分电阻区，观察到稳定和窄的单拍音，达到500 Hz的最小线宽。我们进一步证明，QCL频率梳可以注入锁定与适度的RF功率在模间拍音频率，覆盖锁定范围为1.2 MHz。在QCL中，在整个电流密度动态范围内，并且没有任何外部色散补偿机制的稳定FC操作的演示，使得我们提出的同质THz QCL成为需要跳模电可调谐性和严格控制频率和相位抖动的MEMS应用的理想工具。
2021-04-02 physics.optics
Brillouin-Kerr soliton frequency combs in an optical microresonator
在光学微谐振腔中产生布里渊激光，利用产生的布里渊激光在同一腔中激发克尔频率梳，实现了孤子克尔微梳。腔内布里渊激光泵浦方案使我们能够利用蓝失谐输入泵浦获得孤子态。由于所产生的布里渊激光的超窄线宽和低噪声特性，即使使用相对宽线宽的二极管激光器，所观察到的孤子微梳也表现出窄线宽的梳状线和稳定的重复率。此外，我们证明了一个低噪声微波信号的相位噪声水平为-24 dBc/Hz（10 Hz），-111 dBc/Hz（10 kHz）和-147 dBc/Hz（1 MHz偏移）的11.14 GHz载波，只有一个自由运行的输入泵。由于布里渊-克尔孤子微梳易于实现，且具有良好的性能，使得该方案具有很好的实际应用前景。
2020-08-14 physics.optics
Bi-stability and period-doubling cascade of frequency combs in exceptional-point lasers
本研究针对异常点附近激光器自发生成的频率梳开展稳定性分析，发现其具备双稳态与倍周期级联特性，后者可在保带宽前提下减半重复频率，为紧凑型频率梳发生器设计提供新思路。
2025-01-24 physics.optics
Coherent Frequency Combs produced by Self Frequency Modulation in Quantum Cascade Lasers
量子级联激光器（QCL）的一个显著特点是其非常短的增益恢复时间，迄今为止，这阻碍了将器件自锁模成单脉冲训练的尝试。我们从理论上证明了四波混频和短的增益恢复时间使QCL工作在自频率调制区，其特征是在时域具有恒定的功率，在频域具有稳定的相干梳，相干梳可以使QCL在传感和测量方面有许多潜在的应用。
2013-11-28 physics.optics
Tunable, high pulse energy and narrow linewidth gas-filled fiber laser across near- and mid-infrared
DTU Electro, Technical University of Denmark（丹麦技术大学电气工程学院）；NORBLIS ApS（NORBLIS有限公司）；NKT Photonics A/S（NKT光子股份有限公司）；CREOL, The College of Optics and Photonics, University of Central Florida（中佛罗里达大学光学与光子学院CREOL）；Optoelectronics Research Centre, University of Southampton（南安普顿大学光电研究中心）
本文提出了一种气体填充空心芯光纤拉曼激光器，实现了近红外到中红外范围的宽波长调谐，兼具高脉冲能量和窄线宽，为高性能可调红外光源提供了新途径。
2026-01-13 physics.optics
Comment on "Retrieval of phase relation and emission profile of quantum cascade laser frequency combs''
最近发表在arXiv：1905.00668上的一篇文章提出，频率梳内的相位关系可以使用参考梳从外差测量中重建。原则上，按照这种方法，光学相位的这种恢复似乎是可能的，但应该产生时间恒定的信号。相反，arXiv：1905.00668提供了相位的显著相对漂移的实验证据，这表明梳的模式没有相干锁相。如果测试中的梳不是等距的，则可以解释这种时间漂移。这进一步意味着基础时间波形是不重复的，并且不能被压缩成相干短脉冲。这种伪影严重阻碍了量子级联激光器在精密计量中的应用。此外，将多模量子级联激光器指定为频率梳的概念似乎值得怀疑。
2019-05-13 physics.optics
Broadband terahertz comb with sub-Hz comb linewidth
Jinan Institute of Quantum Technology（济南量子技术研究院）；Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海微系统与信息研究所）
本文提出了一种宽谱太赫兹梳，通过噪声抑制策略实现超窄线宽和高稳定性，适用于高分辨率分子光谱和精确计量。
2026-02-07 physics.app-ph physics.optics
Miniature narrow-linewidth 1 μm Laser
本研究采用基于高品质因数FP空心谐振腔的自注入锁定方案，研制出掌心尺寸封装的1 μm窄线宽激光器，实现了41 Hz本征线宽、宽调谐范围及优异的频率稳定性，适用于现场部署场景。
2024-03-10 physics.optics
Broadband monolithic extractor for metal-metal waveguide based terahertz quantum cascade laser frequency combs
我们提出了一个单片解决方案，有效地提取光从太赫兹量子级联激光器与金属-金属波导适合宽带频率梳应用。该设计针对中心频率为2.6 THz的500 GHz带宽进行了优化。与标准金属-金属波导相比，观察到总输出功率增加了五倍。该提取器具有单瓣远场图案，并增加了频率梳的动态范围，以覆盖超过50%的激光动态范围。频率梳操作高达670 GHz的频谱带宽实现。
2017-03-29 physics.optics
On-chip Dual-comb based on Quantum Cascade Laser Frequency Combs
双梳光谱学是中红外频率梳在高分辨率分子光谱学中最具吸引力的应用之一，因为它利用了频率梳的独特相干特性与中红外分子光谱学可实现的高灵敏度相结合。本文提出了一种基于中红外量子级联激光频率梳的片上双梳光源，其中两个频率梳集成在一个芯片上。通过在每个激光器旁边集成微加热器来控制梳状重复和偏移频率。我们表明，完全控制的双梳系统是可能的，通过测量对应于32厘米$^{-1}$的光学带宽在1330厘米$^{-1}$（7.52 $μ$ m）的中心频率的多外差拍频，表明该设备是理想的紧凑型双梳光谱系统。
2015-10-30 physics.optics
Topological cascade laser for frequency comb generation in $\mathcal{PT}$-symmetric structures
级联的共振拓扑结构与$\mathcal{PT}$对称性破缺显示出发射激光的频率梳谱。我们考虑光学活性拓扑Aubry-André-Harper晶格支持边缘模式在规则间隔的频率。当$\mathcal{PT}$ -破缺区的放大共振与拓扑光栅的边缘模式相匹配时，我们预测了离散激光线的发射。适当的设计使得能够针对特定应用设计光谱特征。拓扑保护的鲁棒性使得该系统非常适合用于光谱学、计量学和量子信息的新一代紧凑型频率梳发射器。
2017-07-28 physics.optics
Dispersion engineering of Quantum Cascade Lasers frequency combs
量子级联激光器是能够产生频率梳的紧凑源。然而，关键特性-如光学带宽和功率每模式分布-必须得到改善，以更好地解决光谱应用。群延迟色散对梳状结构的形成起着重要的作用。在这项工作中，我们证明了基于Gires-Tournois干涉仪集成到QCL梳的色散补偿方案大大提高了梳操作制度，防止形成以前观察到的高相位噪声制度。这些梳的连续波输出功率通常为$>$ 100 mW，光谱中心为1330 cm $^{-1}$（7.52 $μ$ m），光带宽为$\sim$ 70 cm $^{-1}$。我们的研究结果表明，QCL梳是基于芯片的频率梳光谱系统的理想来源。
2015-09-29 physics.optics
Cascaded half-harmonic generation of femtosecond frequency combs in mid-IR
对于中红外（中IR）（被称为光谱的“分子指纹”区域[1]）中的频率梳的日益增长的需求，通过半谐波产生的近IR频率梳的下变频提供了许多益处，包括高转换效率以及对近IR泵浦的固有相位和频率锁定[2]。因此，级联的半谐波产生承诺一个简单的路径扩展稳定的频率梳的波长覆盖范围。在这里，我们报告了一个两倍频程的下变频约1 μm的频率梳通过级联半谐波产生在第一阶段的效率约为64%，在第二阶段的效率约为18%。我们获得了~2 μm宽约50 fs和~4 μm宽约110 fs的宽带内锁频梳。这些结果表明，半谐波产生的有效性，作为一个通用的工具，有效的相位和频率锁定下变频，这可能是有益的许多应用需要长波长相干源。
2015-10-13 physics.optics
Self-starting Harmonic Comb Emission in THz Quantum Cascade Lasers
谐波梳状态已被证明是量子级联激光器中出现的，并由参量增益和空间烧孔的相互作用促进。本文报道了铜基双金属太赫兹量子级联激光器的稳定、纯、自启动谐波锁模。不同的谐波阶数可以激发在同一个激光腔中取决于泵浦条件和稳定的谐波梳跨越超过600 GHz的带宽在80 K的报告。这样的设备可以被RF注入和自由运行的相干性进行评估，通过在50 GHz的自混合技术。一个理论模型的基础上麦克斯韦-布洛赫方程，包括在增益分布的不对称性被用来解释的数据。
2021-02-05 physics.optics
Generation of Kerr combs centered at 4.5μm in crystalline microresonators pumped by quantum cascade lasers
本文报道了利用室温量子级联激光器泵浦CaF2和MgF2回音壁模式微谐振器，首次在4.5μm中红外波段产生克尔光频梳，并在约20mW泵浦功率下实现超过半个倍频程的频谱宽度。
2015-05-31 physics.optics
Electro-Optic Comb Generation Via Cascaded Harmonic Modulation
本研究提出一种通过三个级联电光调制器在依次降低的谐波驱动下产生电光频率梳的方法，实现了>120 GHz带宽和75 MHz重复率，且无需更改组件即可在任意谐波和重复率下调制。
2024-07-28 physics.optics
Frequency Comb Assisted Broadband Precision Spectroscopy with Cascaded Diode Lasers
频率梳辅助的二极管激光光谱学既利用了光学频率梳的精确性，又利用了可调谐二极管激光器的宽波长调谐范围，已经在许多应用中得到了广泛的应用。在这封信中，我们提出了一种新的方法，使用级联的频率捷变二极管激光器，它允许扩展测量带宽为37.4太赫兹（1355至1630 nm）在MHz的分辨率与扫描速度超过1太赫兹/秒。它被证明是一个有用的工具，以表征宽带光谱的分子光谱学，特别是它能够表征的色散集成微谐振器高达四阶。
2016-04-18 physics.optics
Bandwidth scaling and spectral flatness enhancement of optical frequency combs from phase modulated continuous-wave lasers using cascaded four-wave mixing
我们介绍了一种新的级联四波混频技术，该技术可以放大连续波激光相位调制产生的频率梳的带宽，同时提高光谱平坦度。因此，我们展示了一个10 GHz的频率梳超过100线在10 dB的带宽，其中记录75线是在1 dB的平坦度。级联的四波混频过程将由CW激光器的调制产生的初始梳的带宽增加了五倍。宽带梳具有近似二次频谱相位，其在单模光纤中传播时被补偿，导致940 fs脉冲的10 GHz训练
2012-11-09 physics.optics
