Quantum Cascade Laser Based Hybrid Dual Comb Spectrometer
基于四波混频的量子级联激光频率梳（QCL-FC）是一种强大的光子学工具，推动了最近主要分子指纹区域（即中红外和远红外区域）的革命。其紧凑和频率捷变的设计，加上其高光功率和光谱纯度，有望为最具挑战性的光谱应用提供一体化光源。在这里，我们展示了一个计量级混合双梳光谱仪，结合了太赫兹QCL-FC的优势，由一个独立的，光整流太赫兹频率comb.A的原理验证应用提供的准确性和绝对频率参考甲醇分子跃迁。检索的多外差分子光谱提供了最先进的线中心测定结果，达到了与目前可用的分子数据库相同的精度。设计的设置为新一代THz光谱仪提供了坚实的平台，为利用QCL-FC或无多普勒光谱方案的全相位控制的更精细和复杂的系统铺平了道路。
2020-04-08 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Practical Mid-infrared Dual-comb Spectroscopy with Absolute Frequency Referencing Based on a Single-cavity Dual-comb Fiber Laser
Department of Engineering Science, Graduate School of Informatics and Engineering, The University of Electro-Communications (UEC)（电气通信大学信息工学研究科工程科学系）
该研究提出一种基于单腔双梳光纤激光器的实用中红外双梳光谱技术，无需外部参考或严格相位锁定，通过相干平均实现高信噪比，可用于N₂O的中红外光谱分析。
2026-10-14 physics.optics
On-the-fly precision spectroscopy with a dual-modulated tunable diode laser and Hz-level referencing to a cavity
高分辨率激光光谱学的进步使物理学、化学、生物学和天文学领域的许多科学突破成为可能。光学频率梳以超高频率精度和快速测量速度推动了测量极限，而可调谐二极管激光光谱学则用于需要高功率和连续光谱覆盖的场景。尽管可调谐二极管激光光谱具有这些优点，但由于扫描速度的波动，精确确定激光的瞬时频率是具有挑战性的。在这里，我们展示了一个简单的光谱方案与频率调制二极管激光器，参考二极管激光器的飞行到一个光纤腔与子15 Hz的频率精度在11太赫兹范围内，测量速度为1太赫兹/秒。与现有的二极管激光光谱方法相比，这是两个数量级以上的改进。我们的方案提供了精确的频率校准标记，同时跟踪激光的瞬时扫描速度。我们展示了几个应用，包括超高Q值微谐振器的色散测量和HF气室的光谱学，其可用于可调谐二极管激光器的绝对频率参考。这种光谱方案的简单性，鲁棒性和低成本对于LIDAR，气体光谱和环境监测等实验室外应用非常有价值。
2023-03-24 physics.ins-det physics.optics
Coexisting frequency combs spaced by an octave in a monolithic quantum cascade laser
量子级联激光器被证明是有助于在中红外和太赫兹频率的紧凑型频率梳源的发展。在这里，我们展示了异质太赫兹量子级联激光器的两个有源区正好间隔一个倍频程。两个有源区均基于四量子阱激光器设计，它们在脉冲模式下在15 K下发射组合的3 mW峰值功率。两个中心频率分别为2.3 THz（带宽300 GHz）和4.6 THz（带宽270 GHz）。该结构的设计方式，允许同时操作的两个有源区的梳状制度，作为一个双梳状源，以及所有的波导内部自参考技术的测试台架结构。窄RF拍音（$\sim$ 15 kHz）被记录，示出了两个梳的同时操作，其自由运行的相干特性通过拍音光谱学被研究，所述拍音光谱学利用外部检测器和经由自混合来执行。仅依赖于增益带宽工程的高色散区域（4.6~THz）中的梳状操作显示了使用紧凑梳状源的宽光谱覆盖的潜力。
2018-10-24 physics.optics
III-Nitride nanophotonics for beyond-octave soliton generation and self-referencing
频率微梳是锁模激光器和光纤梳的后继者，它使微型光尺能够应用于精密计量、分子指纹和系外行星发现等领域。为了实现频率控制功能，必须通过锁定微梳的载波包络偏移频率来稳定微梳。到目前为止，微梳的稳定性仍然是由芯片外部的精密光学元件复合而成的，从而避免了其缩放效益。为了解决这一挑战，在这里，我们展示了纳米光子芯片解决方案的基础上氮化铝薄膜，同时提供光学克尔非线性产生倍频程孤子梳和普克尔斯非线性，使外差检测的偏移频率。晶体III-氮化物光子的敏捷色散控制允许高保真度产生孤子，其特征包括1.5倍频程梳齿跨度、双色散波和低至220千兆赫的亚太赫兹重复率。这些有吸引力的特性，在片上相位匹配氮化铝波导的帮助下，允许完全确定偏移频率。我们的原理验证演示代表了便携式光学原子钟和频率合成器的完全集成自锁微梳的重要里程碑。
2020-12-25 physics.app-ph physics.optics
Stable and compact RF-to-optical link using lithium niobate on insulator waveguides
由于光学频率梳能够通过称为自参考的过程将射频与光学频率连接起来，因此它已成为计量及其他领域中非常强大的工具。典型的自参考是在两个步骤中完成的：产生一个倍频程跨越超连续谱和倍频的一部分，该频谱。传统上，这两个步骤由两个单独的光学部件执行。随着光子集成电路的出现，这两个步骤的结合已经在单个小的单片芯片中成为可能。一种非常适合于片上自参考的光子集成电路平台是绝缘体上的锂氧化物-一种以高二阶和三阶非线性为特征的平台。在这里，我们表明，在绝缘体波导上的锂钛酸盐与硅光电二极管相结合的结果在一个非常紧凑和直接的低噪声路径锁定模式激光器的自参考。使用数字伺服电子，所产生的频率梳是完全稳定的。其高度稳定性通过独立的环外测量进行验证，并量化为6.8 mHz。此外，我们表明，在锂离子波导内产生的光谱在许多小时内保持稳定。
2021-10-15 physics.app-ph physics.optics
On-chip self-referencing using integrated lithium niobate waveguides
通过自参考测量和稳定载波包络偏移频率$f_{\textrm{CEO}}$对于光学频率梳的产生是至关重要的，光学频率梳的产生彻底改变了精确的频率计量、光谱学和光学时钟。在过去的十年中，芯片级平台的发展使紧凑的集成波导能够产生超连续谱。然而，迫切需要一种片上自参考系统，其适应于不同的泵浦波长，需要低脉冲能量，并且不需要复杂的处理。在这里，我们证明了有效的载波包络偏移频率$f_{\textrm{CEO}}$稳定的锁模激光器，只有107 pJ的脉冲能量，通过自参考在集成的锂硼酸盐波导。我们实现了一个$f$ - $2f$干涉仪，通过二次谐波产生和随后的超连续谱产生在一个单一的色散工程波导与稳定性能相当于一个传统的芯片外模块。在70 nm的泵浦波长范围内测量$f_{\textrm{CEO}}$拍音。我们从理论上研究我们的系统使用一个单一的非线性包络方程的贡献，从二阶和三阶非线性。我们的建模揭示了丰富的超宽带非线性动力学，并证实了最初的二次谐波产生，然后与剩余的泵超连续谱产生负责产生一个强大的$f_{\textrm{CEO}}$信号相比，传统的$f$ - $2f$干涉仪。我们的技术提供了一个高度简化的系统，该系统坚固耐用，成本低，适用于研究实验室以外的精密计量。
2020-03-25 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
Dual-comb correction with spectrally broadened fiber lasers
频率梳和两个连续波激光器之间的拍音提供的相位信息被用来外推的相位演化的梳模式中发现的光谱区域通过非线性加宽。此后，这使得能够使用干涉图自校正来完全恢复两个独立的光纤激光器之间的双梳拍音符的相干性。这种方法允许放弃两个梳的$f - 2f$自引用，这是一个显著的简化。宽带近红外甲烷光谱已经进行了简化系统的保存性能的演示。
2019-09-20 physics.ins-det physics.optics
Self-referenced frequency combs using high-efficiency silicon-nitride waveguides
我们利用氮化硅波导自参考的电信波长的光纤频率梳通过超连续产生，使用11.3 mW的光功率入射在芯片上。这比使用非线性光纤的传统方法低大约十倍，并且通过低损耗（<2 dB）输入耦合和氮化硅的高非线性实现，其可以在入射能量仅为110 pJ的情况下提供两个倍频程的光谱展宽。超连续谱产生后，通过将780 nm色散波光与光纤激光器的倍频输出混合来实现自参考。此外，在更高的光功率，我们证明了f到3f的自参考直接从波导输出的同时超连续谱和三次谐波产生的干扰，而不使用外部倍频晶体或干涉仪。这些混合梳系统结合了光纤激光器频率梳的性能与光子波导的高非线性和紧凑性，并应导致低成本，完全稳定的频率梳的便携式和星载应用。
2017-04-12 physics.optics
Absolute spectroscopy near 7.8 μm with a comb-locked extended-cavity quantum-cascade-laser
首次报道了扩展腔量子级联激光器（EC-QCL）对近红外频率梳的锁频实验，并利用该锁频方案实现了7.87 μm附近N2 O谱线的绝对光谱测量，测量精度为~60 kHz。由于单模操作超过100 cm^{-1}，梳状锁定EC-QCL显示出巨大的潜力，准确检索线中心频率的光谱区域，目前广泛可调谐连续波源的范围之外，无论是基于差频产生或光学参量振荡。这里描述的方法可以直接扩展到12 μm，这是商业cw EC-QCL的当前波长限制。
2017-07-31 physics.ins-det physics.optics
Highly coherent phase-lock of an 8.1 $μ$m quantum cascade laser to a turn-key mid-IR frequency comb
本研究将8.1 $μ$m单模连续波QCL与turn-key中红外频率梳相干相位锁定，实现了0.4 rad残余相位误差与亚kHz线宽，为mid-IR精密测量与计量级QCL开发奠定基础。
2024-12-21 physics.ins-det physics.optics
Green, red and IR frequency comb line generation from single IR pump in AlN microring resonator
片上频率梳产生器可实现用于光谱传感和精密光谱的紧凑型宽带光源。目前微梳的研究主要集中在红外波段，而在可见光波段的研究还存在一定的困难。在这里，我们展示了梳状可见频率线的产生，通过第二，第三谐波，和总频率转换的克尔梳内的高Q氮化铝微谐振器由一个单一的电信激光泵浦。强大的功率增强，结合氮化铝的普克尔和克尔光学非线性的独特组合，导致可见光谱中的级联频率转换。高分辨率光谱研究的可见频率线表明匹配的自由光谱范围内的所有波段。这种在单个微梳结构中的倍频和三倍频效应为梳状光谱和自参考梳提供了巨大的潜力。
2014-10-19 physics.optics
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
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
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
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
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
1-GHz VIS-to-MIR frequency combs enabled by CMOS-compatible nanophotonic waveguides
利用低损耗硅氮化物波导实现1 GHz重复率的可见光至中红外自参考频率梳，通过超连续谱生成和第三谐波生成，提供高相干带宽和信噪比，推动超宽带梳源的紧凑化发展。
2026-01-08 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
Ultra-broadband quantum cascade laser operating from 1.88 to 3.82 THz
报道了一种基于太赫兹量子级联激光器的异质有源区设计。相对于以前的设计，动态范围、频谱带宽以及输出功率都有了显著的提高。当单独操作时，激光器充当高达1.1 THz的光谱带宽的频率梳，而在分散状态下，可以在3 THz的中心频率下达到高达1.94 THz的带宽。一个自我检测的双梳设置已被用来验证频率梳性质的激光器。
2016-12-23 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
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
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
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
20 GHz fiber-integrated femtosecond pulse and supercontinuum generation with a resonant electro-optic frequency comb
模式间隔在10至20 GHz范围内的频率梳对于天文摄谱仪校准、高速双梳光谱学和低噪声微波产生等日益重要的应用至关重要。虽然电光调制器和微谐振器可以以这种重复率提供窄带梳状源，但仍然存在的一个重大挑战是产生具有足够峰值功率的脉冲的手段，以启动跨越数百太赫兹（THz）的非线性超连续谱产生，如这些应用中自参考所需的。在这里，我们提供了一个简单的，强大的，通用的解决方案，这个问题使用现成的保偏（PM）放大和非线性光纤组件。这种非线性时间压缩和超连续谱产生的光纤集成的方法证明了在1550 nm的谐振电光频率梳。我们展示了如何容易地实现脉冲短于60 fs的重复率为20 GHz，峰值功率超过2千瓦。相同的技术可以应用于10 GHz的皮秒脉冲，以展示9倍的时间压缩，产生峰值功率为5.5 kW的50 fs脉冲。这些压缩脉冲能够在通过多段色散定制的非线性色散高度非线性光纤（HNLF）或钽波导传播后产生跨越600 nm以上的平坦超连续谱。相同的10 GHz源可以很容易地实现倍频程跨越频谱，用于色散工程氮化硅波导中的自参考。这种简单的全光纤非线性频谱展宽方法填补了将任何窄带10至20 GHz频率梳转换为宽带频谱的关键空白，适用于受益于高脉冲速率并需要访问单个梳模式的广泛应用。
2023-03-21 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
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
Coherent injection locking of quantum cascade laser frequency combs
量子级联激光器（QCL）频率梳是一个有前途的候选人，化学传感和生物医学诊断，只需要几毫秒的采集时间来记录吸收光谱，没有任何移动部件。它们采用电泵浦，占地面积小，是片上集成的理想平台。到目前为止，光反馈对QCL中频率梳的产生是致命的，并且破坏了模间相干性。这一性质对可能的积分度施加了严格的限制。在这里，我们演示了相干注入锁定的重复频率稳定的RF振荡器。我们首次证明了注入锁定QCL的频谱可以被锁相，从而产生频率梳。我们表明注入锁定不仅是一种全电稳频的通用工具，而且可以减轻光反馈对频率梳的致命影响。一个由注入锁定双梳芯片组成的自检测双梳原型装置，透镜和反射镜展示了片上双梳光谱学的巨大潜力。这些结果为小型化和全固态中红外光谱仪铺平了道路。
2018-08-20 physics.optics
Generation of very flat optical frequency combs from continuous-wave lasers using cascaded intensity and phase modulators driven by tailored radio frequency waveforms
我们展示了一个方案，基于一个级联的锂离子强度和相位调制器驱动的专门定制的射频波形，以产生一个光学频率梳具有非常高的光谱平坦度。在这项工作中，我们展示了一个10 GHz的梳与~40线的频谱功率变化低于1 dB和~60线的总数。可以生成的线的数量受到相位调制器的功率处理能力的限制，并且这可以在不损害频谱平坦度的情况下进行缩放。此外，在我们的方案中所产生的梳的光谱相位几乎是纯二次的，如我们将证明的，这允许仅使用单模光纤进行非常高质量的脉冲压缩。
2010-09-23 physics.optics
Mid-infrared frequency comb generation via cascaded quadratic nonlinearities in quasi-phase-matched waveguides
我们实验证明了一种简单的配置，中红外（MIR）频率梳产生准相位匹配的锂酸盐波导中使用的级联- $χ^{(2)}$非线性。利用铒光纤激光器产生的纳焦耳级脉冲，在近红外波段观察到了倍频程超连续谱，在2.5- 3 $\textμ$ m波段产生色散波，在4- 5 $\textμ$ m波段产生脉冲内差频。通过设计准相位匹配光栅轮廓，在这种几何结构中观察到可调谐的窄带和宽带MIR光谱。最后，我们进行数值模拟使用非线性包络方程，这表明与实验良好的定量协议-并可用于通知波导设计，以定制的MIR频率梳。我们的研究结果确定了一个简单的单分支的方法，在一个紧凑的平台，使用商业Er：光纤技术中红外频率梳产生的路径。
2018-01-24 physics.optics
Frequency comb generation via cascaded second-order nonlinearities in microresonators
光学频率梳正在革新现代时间和频率计量学。在过去的几年里，由于通过基于微谐振器的解决方案实现了小型化，其应用范围大幅增加。这种器件中的梳通常使用谐振器材料的三阶$χ^{(3)}$非线性产生。另一种方法是利用二阶$χ^{(2)}$非线性。虽然以这种方式产生梳的想法已经存在了近二十年，但到目前为止，只有少数演示是已知的，要么是基于庞大的蝴蝶结腔，要么是基于相对低的$Q$波导谐振器。在这里，我们提出了第一个这样的梳，是基于毫米大小的微谐振器由锂碳酸盐，允许级联的二阶非线性。这款概念验证器件的泵浦阈值低至2 mW，可在1064 nm和532 nm附近产生重复频率锁定梳。从非线性动力学的角度来看，所观察到的梳对应于图灵辊图案。
2019-12-03 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
Intensity correlations in quantum cascade laser harmonic frequency combs
本文对量子级联激光器（QCL）发射的谐波频率梳进行了新的研究，证明了表征发射光谱的双模之间存在强度相关。这些起源于由有源介质的三阶非线性驱动的四波混频（FWM）过程。这种相关性的研究对于新一代半导体器件的工程设计至关重要，这些半导体器件有可能成为具有量子特性（如压缩和纠缠）的集成光发射器。从实验结果出发，国家的最先进的技术的限制进行了讨论，以及可能的方法，可能导致检测到的非经典现象，或者改进QCL的设计，在引人注目的角度产生量子关联中红外线。
2022-06-15 physics.optics
A photonic integrated comb engine for ultracold quantum gases
International Quantum Academy, Shenzhen（深圳量子高等研究院）；Shenzhen Institute for Quantum Science and Engineering, Southern University of Science and Technology, Shenzhen（南方科技大学深圳量子科学与工程研究院）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei（中国科学技术大学合肥国家实验室）
本文展示了一种780 nm混合集成微梳引擎，通过自注入锁定和原子参考实现频率合成、功率放大，并成功用于玻色-爱因斯坦凝聚体的量子态控制，为大规模原子量子系统提供了集成架构。
2026-10-07 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
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
High-resolution and gapless dual comb spectroscopy with current-tuned quantum cascade lasers
我们提出了无间隙，高分辨率的吸收和色散光谱，量子级联激光频率梳覆盖55厘米$^{-1}$。使用相敏双梳设计，梳线逐渐扫过10 GHz，对应于激光器的自由光谱范围，通过施加电流调制。我们表明，与交错的频谱点间距减少了超过四个数量级的频率梳的整个频谱跨度。这种技术的潜力，高精度气体传感的说明，通过测量低压（107百帕）的吸收和分散光谱的甲烷跨越范围1170厘米$^{-1}$ -1225 cm $^{-1}$，分辨率为0.001 cm $^{-1}$。
2019-12-23 physics.app-ph physics.optics
Improved comb and dual-comb operation of terahertz quantum cascade lasers utilizing a symmetric thermal dissipation
在太赫兹波段，量子级联激光器（QCL）是实现频率梳和双梳运转的理想平台。一直以来，人们都非常需要改进梳子的性能。在这项工作中，通过采用对称的散热方案，我们报告了一种改进的频率梳和双梳操作的太赫兹QCL。冷手指的两种配置，即，分别研究了具有非对称和对称散热方案的A型和B型。采用有限元热分析方法研究了太赫兹量子化学激光器的热管理参数效应。模拟结果表明，与传统的非对称散热方案（A型）相比，对称散热方案（B型）可使激光器的热传导更加均匀，激光器有源区的最高温度更低。为了验证模拟，进一步进行实验，通过测量的激光性能和梳状特性的太赫兹QCL发射约4.2太赫兹安装在A型和B型冷指。实验结果表明，对称热耗散方法（B型）能有效改善太赫兹量子化学激光器的梳状和双梳状工作特性，可进一步广泛应用于光谱、成像和近场等领域.
2021-08-26 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
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
Terahertz multi-heterodyne spectroscopy using laser frequency combs
基于太赫兹量子级联激光器的频率梳在紧凑的封装中具有宽带覆盖和高输出功率，使其成为宽带光谱学的有吸引力的选择。在这里，我们展示了第一多外差光谱使用两个太赫兹量子级联激光梳。仅用100 $μ$ s的积分时间，我们就实现了超过60 dB的峰值信噪比和以2.8 THz为中心的大于250 GHz的频谱覆盖。即使使用室温探测器，我们也能够实现50 dB的峰值信噪比，并且作为原理证明，我们使用这些梳状结构来测量标准具样品的宽带透射谱。最后，我们表明，通过适当的信号处理，可以将多外差光谱扩展到以脉冲模式工作的量子级联激光梳，大大扩展了适用于这些技术的量子级联激光器的范围。
2016-04-04 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
