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
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
Short pulse generation and mode control of broadband terahertz quantum cascade lasers
我们报告的波导工程技术，使产生的带宽高达1太赫兹和记录超短脉冲长度为2.5 ps的注入种子太赫兹量子级联激光器。报道的技术是能够控制和完全抑制宽带太赫兹量子级联激光器的高阶侧模通过引入侧吸收的金属-金属波导。侧吸收器由相对于激光脊的顶部金属化设置和附加的有损金属层组成。在连续波操作中，侧吸收体导致倍频程跨越激光发射，范围从1.63到3.37 THz，在10 dB强度范围内呈现出顶部725 GHz宽，以及具有442 GHz带宽的频率梳操作。已经进行了数值和实验研究，以优化的影响，侧吸收器上的发射性能，并确定所需的波导损耗的增加。此外，这些研究导致了更好地理解注入种子量子级联激光器的脉冲形成动力学。
2016-05-31 physics.optics
On-chip, self-detected THz dual-comb spectrometer
我们提出了一种直接产生的片上双梳状太赫兹源。利用量子级联有源区的独特特性，利用其中一个梳作为探测器，对两个自由运行的太赫兹量子级联激光器的多外差拍频信号进行了电学测量。对应于630 GHz的频谱带宽，可以检测多达30种模式，这是双梳状配置的可用带宽。的多外差信号被用来调查的梳状模式的等距显示$10^{-12}$的精度在2.5太赫兹的载波频率。
2016-02-01 physics.optics
Controlling Quantum Cascade Laser Optical Frequency Combs through Microwave Injection
在这项工作中，控制量子级联激光频率梳发射的精确状态，通过强射频电流调制接近其重复频率的演示。特别地，如通过移波干涉傅里叶变换光谱（SWIFTS）所测量的，可以在当前动态范围的大部分中实现从约20 cm $^{-1}$到60 cm $^{-1}$的光谱的加宽，同时保持相干性。在从25 dBm开始增加调制功率时，实现这种加宽所需的调制频率与自由运行的拍音频率相比发生红移，而其发生的范围变窄。在该最大带宽范围之外，激光器输出的光谱带宽逐渐减小，并且新的中心频率被红移或蓝移，这直接取决于调制频率的失谐。通过在相对于自激拍音对称失谐的两个调制频率之间切换，我们可以以至少20 kHz的速率从同一设备生成具有可忽略重叠的两个复用频谱区域。在时域中，我们示出了从准连续输出到脉冲（$τ_p \approx 55$ ps）输出的过渡与SWIFT和干涉自相关（IAC）测量通过斜升注入功率到35 dBm。
2021-05-27 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
Optimization of broad gain and high optical nonlinearity of mid-infrared quantum cascade laser frequency combs
中红外量子级联激光器（QCL）是紧凑高效的光源，非常适合分子光谱应用，如双梳光谱。然而，尽管QCL频率梳装置的积极发展超过十年，但其带宽限于约$100$ cm $^{-1}$，严重限制了其用于多气体、液体和固体感测的应用。尽管已经提出了非常宽的增益QCL，但这些QCL不能改善梳状带宽，其主要限制是增益和色散随频率的变化。一个完全平坦的增益谱将缓解这一点，因为色散以及克服增益箝位时的损耗所需的参量增益都消失了。另一方面，梳的形成依赖于四波混频，这是一个三阶非线性过程，在QCL中非常强。由于这些器件的子带性质，可以设计和增强这种非线性，以促进梳形成。在这项工作中，我们提出了优化的设计，宽和平顶增益谱跨度高达220厘米$^{-1}$，以及高达30倍强的FWM非线性比一个典型的绑定到连续QCL设计。该优化利用具有高预测能力的非平衡格林函数模型，并遵守增益和电流密度的约束，确保高效的设备。这种高非线性与适度的可饱和增益相结合，可以允许在QCL中产生非经典光。另一方面，将QCL梳的光谱带宽加倍将是向复杂气体混合物和液体的高速光谱学迈出的一大步。
2022-07-19 physics.app-ph 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
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
An antipodal Vivaldi antenna for improved far-field properties and polarization manipulation of broadband terahertz quantum cascade lasers
提出了一种用于宽带太赫兹量子级联激光器和频率梳的对映Vivaldi天线。其指数曲线的耀斑轮廓导致绝热面内模式膨胀，产生具有（23°x19°）半峰全宽和倍频程跨越带宽的单瓣光束的改进的远场。天线还充当波延迟器，将极化从垂直极化旋转到水平极化，旋转角度取决于频率。激光器的发射光谱和电流-电压特性以及频率梳操作不受影响。测量结果与数值模拟吻合良好，所提出的天线覆盖了宽光谱范围（1.5-4.5 THz）。
2020-04-22 physics.optics
A Radio Frequency Channelizer based on Cascaded Integrated Micro-ring Resonator Optical Comb Sources and Filters
报道了一种基于集成光频克尔微梳源的宽带射频信道化器，其射频信道化带宽为90 GHz，射频频谱切片分辨率为1.04 GHz，并通过实验验证了其射频性能可达19 GHz。这种实现RF信道器的方法为微波信号检测的广泛应用提供了降低的复杂性、尺寸和潜在成本。
2018-04-24 physics.app-ph physics.optics
Optical chaos synchronisation in a cascaded injection experiment
该研究在半导体激光器级联光注入系统中实验实现高带宽混沌同步，揭示了两个分别对应接收机与发射机或主激光器频率对齐的良好同步参数区。
2024-05-07 nlin.CD physics.optics
Analog FM free-space optical communication based on a mid-infrared quantum cascade laser frequency comb
量子级联激光频率梳是当今备受赞赏的红外光谱源。在这里，他们的自由空间光通信的适用性证明。频率梳的自发产生的模态间拍音被用作通过频率调制传输模拟信号的载体。利用4 $μ$ m处的大气透明窗口，实现了信噪比高达65 dB的光通信，调制带宽为300 kHz。该系统容许的最大光衰减超过35分贝。一个独立的数字信号通过幅度调制在5 MS/s的并行传输的可能性也被证明。
2021-09-14 physics.app-ph physics.optics
Measuring intensity correlations of a THz quantum cascade laser around its threshold at sub-cycle timescales
光子系统的量子性质反映在它们发出的光的光子统计中。因此，具有单光子灵敏度和优异的时间分辨率的量子光学工具的开发对于奇异源的开发是至关重要的，并且在光子能量在T=300 K处接近kbT的THz范围中特别具有挑战性。本文报道了基于电光采样技术，在室温下首次测量了0.3-3 THz波段的场g1（τ）和强度关联g2（τ），时间分辨率为146 fs。利用该系统，我们可以测量太赫兹量子级联激光器的阈值光子统计。
2016-11-29 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
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
High Power, Continuous-wave Supercontinuum Generation in Highly Nonlinear Fibers Pumped with High Order, Cascaded Raman Fiber Amplifiers
提出了一种在传统石英光纤结构中高效产生高功率均衡连续超连续谱光源的新方法。采用一种新型的高功率L波段激光器在高非线性光纤（HNLF）的反常色散区进行泵浦。L波段激光器包括一个6阶级联拉曼放大器，该放大器用高功率掺镱光纤激光器泵浦，并放大低功率可调谐L波段种子源。超连续谱产生35 W的功率，效率约为40%。超连续谱被测量为在400 nm的带宽（1.3 - 1.7微米，受频谱分析仪范围限制）上具有优于5 dB的高度平坦度，并且在该区域中具有>50 mW/nm的功率谱密度。SC光谱的范围估计可达2微米
2018-06-30 physics.optics
Photon-driven broadband emission and RF injection locking of THz quantum cascade laser frequency combs
我们提出了均匀的量子级联激光器（QCL）发射约3太赫兹，显示带宽高达950 GHz的一个稳定的节拍。器件在谐波梳状状态下自发工作，并且当处于密集模式状态时，它们可以注入锁定在腔往返频率处，具有低至-55 dBm的非常小的RF功率。当在负微分电阻的电不稳定区域中操作时，该器件显示超过1.83 THz（$Δf/f=50\%$）的超宽带操作，具有高相位噪声，表现出自持的周期性电压振荡。低CW阈值（115 A $\cdot$ cm $^{-2}$）和宽带梳状操作（$Δf/f=25\%$）使这些源极适合片上频率梳应用。
2019-12-02 physics.app-ph physics.optics
Intensity autocorrelation measurements of quantum cascade laser frequency combs in the Terahertz range
报道了利用强度自相关法首次直接测量量子级联激光器频率梳的发射特性。相关技术是基于快速电光采样，带宽优化，以匹配的梳状激光器的发射光谱，中心约2.5太赫兹。我们发现输出光是振幅和频率调制的同时，与强度调制深度高达90%，发生在几个皮秒的时间尺度短。我们将这些发现与来自光导天线的脉冲太赫兹光的强度自相关测量进行比较，并发现非常不同的结果。我们没有观察到梳状和分散制度的显着差异。该技术在未来量子级联激光器超短脉冲的测量中具有重要意义。
2017-02-10 physics.ins-det physics.optics
Broadband complementary vibrational spectroscopy with cascaded intra-pulse difference frequency generation
分子光谱学的基本目标之一是同时测量所有基本分子振动。为此，需要测量宽带红外（IR）吸收和拉曼散射光谱，这提供了互补的振动信息。最近演示的一种称为互补振动光谱（CVS）的技术可以使用基于单个激光源的单个设备同时测量IR和拉曼光谱。然而，光谱覆盖范围仅限于~1000 cm-1，这部分覆盖了基本振动的光谱区域。在这项工作中，我们展示了一种简单的方法来扩展CVS的频谱带宽与级联脉冲内差频产生（IDFG）。使用该系统，我们测量的宽带CVS光谱的有机液体跨越2000 cm-1，超过以前的研究的两倍。
2021-09-24 physics.chem-ph physics.optics
Broadband Transistor-Injected Dual Doping Quantum Cascade Laser
提出了一种新型的晶体管注入双掺杂量子级联激光器（TI-D2 QCL），这种激光器在均匀超晶格的每个叠层中具有两种不同的掺杂。通过调节双极晶体管的基极-发射极偏压Vbe以在双掺杂区中提供电子，可以实现电荷准中性以在每个级联超晶格堆叠中产生不同的光学跃迁。然后，这些跃迁被堆叠和放大，以有助于宽平坦的增益谱。对所设计的TI-D2 QCL的模型计算表明，可以获得相对带宽为0.24的平坦增益谱，增益范围为9.41 ~ 12.01 μ m，表明双掺杂模式的TI-D2 QCL可能为中红外和太赫兹波段的宽带光产生和先进的频率梳技术开辟一条新的应用途径。
2020-12-06 physics.app-ph physics.optics
Quantum cascade laser Kerr frequency comb
中红外（mid-IR）区（通常是$λ\sim 2.5-20 \ \mathrm{μm}$的波长区）是光谱学的重要光谱范围，因为许多分子在该带中具有其基本旋转-振动吸收。最近，已经使用晶体谐振器和集成平面硅微谐振器产生了在中红外区域开始处基于光学微谐振器的光学频率梳（“克尔”梳）。在这里，我们第一次扩展克尔梳深入到中红外，即“分子指纹”区域。这是通过将基于晶体$\mathrm{MgF_{2}}$的超高品质（Q）因子中红外微谐振器与量子级联激光器（QCL）技术相结合来实现的。使用锥形硫族化物（ChG）光纤和QCL连续波泵浦激光器，产生了在$λ\sim 4.4\ \mathrm{μm}$（即2270 cm $^{-1}$）处的频率梳，其带宽跨越600 nm（即300 cm $^{-1}$），模式间隔为14.3GHz（0.5 cm $^{-1}$），对应于超过700条梳线。克尔梳的形成和谐振器色散的数值模拟预测，甚至更大的带宽和相干操作的孤子制度可以实现的晶体微谐振器的色散工程。超高Q晶体微谐振器和CW QCL源的组合是一个有前途的平台，宽带，紧凑的频率梳源在中红外，这提供了一条路线，紧凑的中红外光谱仪。
2016-03-26 physics.optics
High dynamic range, heterogeneous, terahertz quantum cascade lasers featuring thermally-tunable frequency comb operation over a broad current range
我们报告工程的宽带量子级联激光器（QCL）发射太赫兹（THz）的频率，它利用异质有源区计划，并有一个电流密度动态范围（JDR）为3.2，显着大于最先进的，超过1.3太赫兹带宽。我们证明了所设计的宽带激光器作为太赫兹光学频率梳合成器工作在连续波，最大光输出功率为4 mW（0.73 mW的梳状制度）。模间拍音图的测量揭示了在连续106 mA电流范围内延伸的清晰的色散补偿频率梳状区（电流密度动态范围为1.24），显著大于在类似几何形状下报道的现有技术，相应的发射带宽为1.05 THz，检测到稳定且窄（4.15 KHz）的拍音，信噪比为34 dB。对电和热节拍调谐的分析表明，电流调谐系数范围在5 MHz/mA和2.1 MHz/mA之间，温度调谐系数为-4 MHz/K。通过温度和电流在整个动态范围内调谐THz QCL梳的能力为它们作为强大的光谱工具的使用铺平了道路，这些光谱工具可以提供宽频率覆盖范围和高精度光谱精度。
2019-01-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Eight-channel reconfigurable microring filters with tunable frequency, extinction ratio and bandwidth
我们展示了一个八通道可重构的光滤波器的硅芯片组成的级联微谐振器和集成紧凑的加热器。嵌入式马赫-曾德尔（MZ）臂耦合到微波谐振器，滤波器的重要参数，如中心频率，消光比和带宽，可以同时控制的目的，过滤，路由和频谱整形，从而使我们的方法在密集波分复用（DWDM）和射频任意波形产生（RFAWG）的潜在有用的。多通道滤波器响应被成功地调整到与国际电信单位（ITU）网格相匹配，信道间隔为50、100和200 GHz。通过对MZ臂进行加热，实现了可编程通道选择性，并实现了通过端口消光比从0 dB到27 dB的连续调节。同时，由于加热，分出端口的3dB带宽从0.11nm变化到0.15nm。该器件具有超紧凑的基底面（1200μ mx 100 μm），不包括金属引线和接触焊盘，使其适合大规模集成。
2010-07-07 physics.optics
Non-Markovian dynamics and steady-state entanglement of cavity arrays in finite-bandwidth squeezed reservoirs
当两个量子系统链在其末端被双模压缩库驱动时，它们接近一个稳定状态，其特征是形成许多纠缠对。每对由第一链条的一个元件和第二链条的一个元件组成。这种效应已经在宽带压缩的假设下得到了预测。在这里，我们调查有限带宽水库的情况。这是通过将驱动浴建模为非简并参量振荡器的输出场来完成的。在级联开放量子系统的理论框架下研究了由此产生的非马尔可夫动力学。结果表明，对纠缠结构的形成发生，只要阵列的简正模分裂不克服压缩带宽的水库。
2014-02-16 cond-mat.stat-mech physics.optics quant-ph
Intrinsic linewidth of quantum cascade laser frequency combs
研究了自由运转量子级联激光频率梳的频率噪声功率谱密度。在高频率下观察到一个平台，归因于由所有梳线上的总激光功率的Schawlow-Townes公式设定的量子噪声极限。在我们的实验中，测得的线宽为292 Hz的总功率为25 mW。这一结果证明，四波混频过程，负责梳状操作，有效地相关的量子噪声的个人梳线。
2015-06-20 physics.optics
Non-resonant Optical Injection Locking in Quantum Cascade Laser Frequency Combs
本文提出利用1.55 μm强度调制近红外光实现量子级联激光频率梳的非共振光学注入锁定，该方法免除了专用电子元件需求并大幅降低频率噪声，性能优于传统电调制方法，有望推动中红外光谱与计量学应用。
2025-05-30 physics.optics
Pulses from a mid-infrared quantum cascade laser frequency comb using an external compressor
利用Martinez型展宽压缩器对8.2 μm波长、带宽大于100 cm-1的高功率（~1 W）QCL梳状光进行了相位修正。使用该方案，我们演示了压缩的QCL输出从134 ps的连续波波形，到一个训练的脉冲宽度为12 ps，和功率与峰均比为40.7。对自激器件相位噪声的评估得出，在20 kHz - 100 MHz频率范围内，积分定时抖动为335 fs，脉冲间抖动为2.0 fs。
2019-05-14 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
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
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
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
Design optimization of band-pass filter based on parity-time symmetry coupled-resonant
基于微谐振器的集成光滤波器在从波分复用、光开关到信道路由的许多应用中起着至关重要的作用。带宽可调滤波器具有可扩展性、多功能性和节能性等优点，能够满足复杂场合下的按需灵活操作。近年来，人们研究了奇偶时间（PT）对称耦合谐振系统在带宽可调谐滤波器中的应用。然而，由于在带宽可调对比度和系统插入损耗之间的权衡，该方法的带宽可调对比度受到严重限制。这里，带宽可调对比度被定义为最大带宽除以最小带宽。在这项工作中，我们表明，高带宽可调的对比度和低插入损耗的系统可以同时实现通过增加输入端口和谐振之间的耦合强度。不同耦合状态下的系统特性表明，当系统初始工作在过耦合条件下时，可以获得较低的插入损耗。一个高带宽可调的对比度PT对称带通滤波器具有中等插入损耗的硅平台上显示。该方案为降低片上可调谐滤波器的插入损耗提供了一种有效的方法，同样适用于高阶级联微波系统。
2022-04-25 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
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
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
A monolithic frequency comb platform based on interband cascade lasers and detectors
光学频率梳使全固态光谱仪成为可能，这将引发中红外传感技术小型化和片上集成的突破。带间级联激光器（ICL）由于其低功耗和零偏检测功能而成为实际应用的理想候选者。在这里，我们展示了自启动ICL频率梳的产生。我们表明，增益是足够快的响应腔内场的跳动，这阻碍了短脉冲的形成。相反，ICL在梳状状态下工作，其中基本模间差拍的相位在$2π$的范围内展开。这种状态似乎是一般的自启动梳的基础上固有的增益非线性和最小化的粒子数反转的振荡。使用相同的外延层材料，我们展示了在室温下高达几GHz带宽的高效检测器操作，从而为单片和电池驱动的双梳光谱提供了一个完整的和无与伦比的平台。
2018-12-10 physics.app-ph physics.optics
Overcoming the noise-tracking-bandwidth limits in Free-running Dual-Comb Interferometry
针对自由运行双梳干涉测量自校正算法的噪声跟踪带宽受限问题，提出利用相干谐波增强架构在干涉图周期内生成谐波中心脉冲串，实现跟踪带宽与重复频率差解耦，并在 H¹³C¹⁴N 气体测量中于 12.5 MHz 分辨率下获得 20 倍带宽提升。
2025-07-24 physics.optics
Terahertz-induced cascaded interactions between spectra offset by large frequencies
我们探讨了系统的动力学，其中输入光谱在光域中具有非常不同的中心频率强烈耦合通过高度相位匹配，级联的二阶非线性过程驱动的太赫兹辐射。唯一的要求是输入频谱之一包含足够的带宽以生成相位匹配的太赫兹频率驱动器。输入光谱之间的频率分离可以比相位匹配的太赫兹频率大十倍以上。介绍了这种系统的一个实际应用，其中中心波长为1064 nm的窄带泵浦线由一组中心波长约为1030 nm的较弱的种子线引起级联，这些种子线之间由相位匹配的太赫兹频率隔开。这种方法被预测为产生太赫兹辐射的转换效率和毫焦耳级的脉冲能量在低温冷却的周期性极化的锂离子电池。一个模型，解决了太赫兹和光波的非线性耦合相互作用。计算占二阶和三阶非线性，在光学和太赫兹域的色散以及太赫兹吸收。脉冲格式的激光诱导损伤的分歧估计通过跟踪产生的自由电子密度。还概述了减轻激光损伤的策略。
2019-03-11 physics.optics
Self-starting harmonic frequency comb generation in a quantum cascade laser
光学频率梳在微波和光域之间建立了一个严格的相位相干链路，并在越来越多的应用中作为高精度工具出现。具有大模间间距的频率梳在微波光子学领域中用于射频任意波形合成和用于在未来无线通信网络中产生高频谱纯度的THz音调。我们首次在量子级联激光器中实现了具有太赫兹重复频率的自启动谐波频率梳产生。由于激光器中粒子数反转的时间调制，由数十个相邻腔模的抑制引起的大的模间间距起源于对增益的参数贡献。谐波梳的模式间隔被示出为均匀的中心频率的$5\times 10^{-12}$部分内使用多外差自检测。这种新的谐波梳态扩展了量子级联激光频率梳的应用范围。
2017-09-09 physics.optics
Fundamental scaling limits and bandwidth shaping of frequency-modulated combs
该研究揭示调频频率梳与被动锁模受相同基本带宽极限约束，通过添加倏逝耦合的谐振损耗结构提升太赫兹激光器有效增益带宽，为有源片上频率梳制备提供新自由度。
2024-06-19 physics.app-ph physics.optics
Single-Shot Integrated Speckle Spectrometer with Ultrahigh Bandwidth-to-Resolution
本研究提出一种基于无源硅光子芯片的单次拍摄集成散斑光谱仪，利用高像素图像传感器和片上去相关光学网络，实现了10 pm分辨率、200 nm带宽及2730个采样通道的高性能光谱检测。
2025-05-21 physics.optics
Experimental study of the effect of phase mismatch on a CW-pumped cascaded quadratic nonlinear frequency comb
通过连续波泵浦的级联二次非线性（CQN）产生的光学频率梳似乎是一种很有前途的替代方案，以完善的锁模激光器，特别是如果需要访问中红外光谱区域。本文报道了一种基于二次谐波产生（SHG）的CQN频率梳的光谱特性的实验研究。我们的研究集中在倍频相位失配，这引起了很少注意，在以前的报道CQN频率梳的研究。我们的研究的主要观察是，它是可能的，以提高频谱纯度的CQN频率梳通过调整相位失配。除了在近红外区域产生频率梳的CQN过程之外，我们的实验装置还涉及其他几个非线性过程。这些过程导致了复合梳，从可见光到中红外线。
2020-04-16 physics.optics
Robust, frequency-stable and accurate mid-IR laser spectrometer based on frequency comb metrology of quantum cascade lasers up-converted in orientation-patterned GaAs
我们展示了一个强大的和简单的方法用于测量，稳定和调谐的连续中红外（MIR）激光器的频率，特别是量子级联激光器。原理证明是用5.4 μm的量子级联激光器进行的，该激光器通过取向图案化GaAs中的和频产生而上变频到1.2 μm，输出为标准的高功率连续1.5 μm光纤激光器。用标准铒光纤频率梳测量了1.2 μm和1.5 μm波长的激光，实验结果表明，频率测量可达100 kHz，频率稳定在10 kHz以下，频率调谐可控，长期稳定。
2013-10-02 physics.optics
Generating octave-bandwidth soliton frequency combs with compact, low-power semiconductor lasers
我们报告了一个全面的研究低功耗，倍频程带宽，单孤子微谐振器频率梳在1550 nm和1064 nm波段。我们的实验利用完全集成的氮化硅克尔微谐振器，我们证明了直接孤子产生与广泛使用的分布式布拉格反射器激光器，提供小于40 mW的芯片耦合激光功率。我们报告测量孤子的热动力学和演示如何快速的激光频率控制，与微谐振器的热时标一致，有利于稳定倍频程带宽孤子梳。此外，由于孤子梳是完全由基本的线性和非线性动力学的intrasonator字段，我们证明了建模和倍频程带宽梳的产生之间的密切联系。我们的实验推进了集成光子技术的自参考频率梳的发展，以及在近红外范围内具有数十太赫兹脉冲带宽的梳状激光源。
2020-01-21 physics.optics
Evidence of Linear Chirp in Mid-Infrared Quantum Cascade Lasers
我们用相干拍音光谱法测量了工作在8 μ m的量子级联激光频率梳的模间相位关系。我们发现这些阶段是可再现的设备的功率循环后，并与驱动电流平滑地变化。此外，这些相位描述了呈现简单的线性啁啾的梳状状态，其实际上对应于啁啾的最低状态以最小化幅度调制，如由具有短增益恢复寿命的增益介质中的四波混频驱动的梳所需要的。
2018-04-11 physics.optics
Retrieval of phase relation and emission profile of quantum cascade laser frequency combs
量子级联激光器最近经历的主要发展已经有效地将频率梳发射扩展到更长波长的光谱区域，即中红外和远红外。与经典的脉冲频率梳不同，它们的锁模机制依赖于四波混频非线性过程，具有不同于传统短脉冲序列的时间强度分布。测量这些梳中的模式的绝对相位图案使得能够在没有短脉冲发射的情况下彻底表征锁模的开始以及相干特性。在这里，通过结合双梳多外差检测与傅里叶变换分析，我们展示了如何同时获取和监测在很宽的时间范围内的通用频率comb.The技术的相位图案被施加到表征中红外和太赫兹量子级联激光频率梳，最终证明了高度的相干性和显着的长期稳定性，这些来源。此外，该技术还允许重建发射的电场、强度分布和瞬时频率。
2019-05-02 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
Cascade Brilloiun scattering on short-lived phonons for frequency comb generation
Moscow Center for Advanced Studies（莫斯科高等研究中心）；Dukhov Research Institute of Automatics (VNIIA)（杜霍夫自动仪器科学研究所以）；Institute for Theoretical and Applied Electromagnetics（理论与应用电磁学研究所）
研究短寿命声子模式下的布拉格散射，发现链式散射可同时激发多个光学模式，无需异常色散即可生成均匀振幅的频率梳。
2026-04-10 physics.optics quant-ph
All-Optical Adaptive Control of Quantum Cascade Random Lasers
分子的光谱指纹大多在太赫兹和中红外范围内，因此有效的分子检测技术依赖于这些频率的宽带相干光源。太赫兹量子级联激光器可以实现倍频程跨越带宽。然而，它们的可调谐性和波长选择性通常受到其腔的几何形状的限制。最近推出的量子级联随机激光器代表了THz光的替代源，其中随机散射提供了所需的场限制。随机谐振腔的几何形状大大放宽了波长的选择性，从而产生的辐射，这是光谱宽带和准直的远场。然而，这些器件的光谱发射的固有随机性强烈限制了其潜在应用的范围。在这项工作中，我们演示了量子级联随机激光器的全光自适应控制和调谐。我们的随机激光源的特异性被利用来用近红外（NIR）激光束局部修改系统的介电常数，从而基本上重新配置无序的分布。使用空间光调制器与优化程序相结合，NIR照明被空间调制以重塑光谱发射并将初始多模激光器转换为单模源，其可以被利用来执行自参考光谱测量。此外，我们表明，本地近红外扰动可以用来感测线性和非线性的近场模式之间的相互作用。我们的工作指出了一条通往设计宽调谐太赫兹源的道路，大大放宽了制造限制。
2019-12-09 physics.optics
Frequency combs in optically-injected terahertz ring quantum cascade lasers
本研究针对太赫兹芯片级频率梳生成需求，利用DFB激光器光注入环形太赫兹QCL，通过调控注入光的功率与频率，从实验和理论上实现了环形腔中频率梳的可控生成，为紧凑型集成频率梳设计提供了新路径。
2023-08-26 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
High-Resolution Quantum Cascade Laser Dual-Comb Spectroscopy in the Mid-Infrared with Absolute Frequency Referencing
量子级联激光器（QCL）频梳以其高亮度和快速时间分辨率彻底改变了中红外（MIR）光谱学，并且是一种非常有前途的完全集成且具有成本效益的传感器技术。对于其他集成梳状光源，如微梳和带间级联激光器，QCL具有几GHz的梳间距，这足以测量宽吸收结构，通常在液体或固体样品中发现。然而，高分辨率气相光谱需要光谱交错和频率校准。我们开发了一种频率校准方案，用于快速交错测量，具有多GHz间隔的梳齿。然后，我们证明了双梳光谱与600 kHz的精度在单次拍摄54毫秒测量超过40厘米$^{-1}$使用两个QCL在7.8 $\mathrmμ$ m。这项工作是一个重要的贡献，快速指纹的复杂分子混合物中的MIR。此外，校准方案可以与用于光谱和测距的微梳一起使用，在梳扫和梳校准设置中。
2022-05-06 physics.ins-det physics.optics
Coherence analysis of tightly locked mid-infrared quantum cascade laser frequency combs
针对稳频中红外量子级联激光器频率梳噪声特性表征难的问题，研发首个紧锁定双QCL梳系统，实现低残余相位噪声与相干平均，可用于高精度光谱学。
2023-11-08 physics.optics
