Self-Injection Locking and Phase-Locked States in Microresonator-Based Optical Frequency Combs
基于微谐振器的光学频率梳在过去几年中已经成为广泛研究的主题。已经提出了几个理论模型的梳生成,但是,他们没有全面解决实验结果,显示了各种独立的梳生成机制。在这里,我们提出了频域实验,照亮的过渡到相位锁定状态的微梳,这表明梳状模式的合奏之间的注入锁定的特性。此外,我们证明了存在的等距光学频率梳是相位稳定的,但与非确定性的相位关系之间的个别梳模式。
2013-07-15 physics.optics
Self-injection locking of the gain-switched laser diode
实验上观察到增益开关激光器对高Q光学微腔的自注入锁定。我们发现,由增益开关激光器产生的梳齿经历了显着减少梳齿线宽在这个政权。我们证明了亚kHz量级的梳齿的洛伦兹线宽与非开关自注入锁定激光器一样窄。这种设置允许产生高对比度电可调谐光学频率梳,其具有在从10 kHz到10 GHz的宽范围内的可调谐梳线间隔。针对各种调制参数-调制频率和幅度,以及针对定义自注入锁定的效率-锁定相位、耦合效率、泵浦频率失谐的参数,研究了所生成的梳的特性。
2021-10-13 physics.optics
Dissipative quadratic soliton mode-locking of nonlinear frequency conversion
本研究提出连续波泵浦双共振二次谐波腔中耗散二次孤子锁模新范式,通过级联二次非线性获得可调有效克尔非线性,在正常色散铌酸锂腔中实现飞秒双色孤子,为高效宽带非线性频率转换等提供通用平台。
2025-05-18 physics.optics
The optical control of phase locking of polariton condensates
用非共振泵浦激发的激子极化激元凝聚体的相位和频率可以通过外部相干光进行有效的调控。外部激光被调谐到接近与凝聚本征频率的共振,将其频率强加给凝聚并锁定其相位,从而表现出同步效应。确定了相位同步区形成的条件。本文研究了空间均匀相干光作用下两个紧密排列的极化激元凝聚体的同步。在中等强度的相干驱动下,同步伴随着极化激元二分体的对称破缺态的出现,而在高强度驱动下,这些态被对称态所取代。利用一个零维耦合耗散振子模型,研究了耗散和保守耦合下系统破缺态形成的分岔情形。
2019-07-01 cond-mat.mes-hall 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
Analysis of the phase-locking dynamics of a III-V-on-silicon frequency comb laser
我们提出了一个电信混合III-V-硅上的被动锁模激光器与环形腔的相位动力学的详细表征。我们探讨了增益电流和饱和吸收体偏置电压的函数的操作的各种制度。我们使用步进外差测量来量化光谱啁啾和重建脉冲包络。有了这种技术,我们能够识别制度的近变换限制的操作,我们评估的梳状相位关系时,可饱和吸收体偏置电压的变化锁模的退化。最后,我们提出了一个初步的研究,在混合锁模操作的相位锁定和展示变换限制脉冲。
2020-10-20 physics.optics
Sideband Injection Locking in Microresonator Frequency Combs
本文实验研究了微谐振腔孤子频率梳的边带注入锁定,推导出锁定范围与重复频率控制的解析标度定律,并演示了光学频率分频及相位噪声降低三个数量级,为低噪声微波产生和紧凑光学时钟设计提供指导。
2023-10-19 physics.optics
Laser injection locking and nanophotonic spectral translation of electro-optic frequency combs
National Institute of Standards and Technology(美国国家标准与技术研究院);University of Maryland(马里兰大学);Joint Quantum Institute, NIST/University of Maryland(NIST/马里兰大学联合量子研究所)
本文提出利用激光注入锁频技术提升电光频梳信噪比,并结合纳米光子频谱转换扩展其波长范围,为量子传感器等应用提供高性能解决方案。
2025-04-30 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
Autonomous frequency locking for zero-offset microcomb
提出基于微腔协同非线性光学过程的自主频率锁定方法,可产生零载波包络偏移频率的孤子微梳,并经仿真与解析预测验证。
2024-03-05 physics.optics
New approach for the incoherent and coherent combination of Gaussian laser beams and observation of the spatial thinning of the combined beams by modes phase locking
提出一种高斯激光束非相干与相干组合的新配置与理论方法,通过将所有激光指向同一交汇点计算空间组合强度,实现无次级旁瓣的高斯强度分布,并在相干组合中观察到依赖数值孔径的光束空间变薄与强度增强。
2024-04-26 physics.optics
Amplification and phase noise transfer of a Kerr microresonator soliton comb for low phase noise THz generation with a high signal-to-noise ratio
与掺铒光纤和半导体光放大器不同的是,光注入锁定不仅能放大克尔梳状模,而且能忠实地传递耗散克尔微谐振器孤子梳状模的相位噪声,而不会降低光的信噪比。此外,我们还证明了光注入锁定的残余相位噪声足够小,足以传递梳状模的相对相位噪声(相当于重复频率)的低相位噪声克尔梳,认为克尔梳的光注入锁定是通过光-光耦合产生低相位噪声、高信噪比的THz波的有效途径。克尔梳的电子转换
2021-12-15 physics.optics
Frequency Stability Transfer in Passive Mode-Locked Quantum-dash Laser Diode using Optical Injection Locking
在本文中,我们提出了一个实验研究的嵌入式计量应用的固态频率梳的稳定性。该梳是一种基于InGaAs/InP量子点结构的被动锁模激光二极管,其发射的光线路进入以1.55 $μ$ m为中心的9 nm带宽,重复率为10.09 GHz。频率稳定是通过外腔激光二极管与参考频率标准的梳的光注入锁定来实现的。人们观察到光谱纯度从注入激光器转移到注入激光器的相邻模式以及稳定性转移到相邻模式。长期稳定性的测量突出了具有被动锁模过程特有的随机游走行为的频率噪声。在梳的重复频率处的注入激光器的边带的证明还使得可以提出转移机制并且考虑在频率稳定性水平处的频率梳的完全稳定。
2022-01-19 physics.optics
Hybrid AM/FM Mode-Locking of Singly-Resonant OPOs
本文提出单共振 OPO 的混合 AM/FM 锁模机制,可自启动形成高效稳定的宽带啁啾频率梳,并用相空间模型解释其动力学与宽带调谐特性。
2024-05-07 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
Tailored design of mode-locking dynamics for low-noise frequency comb generation
我们报道了一种利用掺镱光纤激光器产生低噪声频率梳的锁模激光器的设计。频率梳覆盖从$700$到$1400$ nm的光谱范围。虽然这个范围是更实用的许多测量比更常用的铒光纤激光器产生的,它已经解决了只有少数的报告,主要是由于在$1\;μ$ m产生一个完全相干的超连续谱的困难。我们克服了这一困难,通过量身定制的设计的锁模动力学,成功地产生充满活力的33 fs长脉冲,甚至不使用高阶色散补偿,同时确保激光器的净零腔色散低噪声超连续产生。在锁定到铯原子钟后,该频率梳被用于Nd:YAG-I $_2$激光器的绝对频率测量,以通过与国际计量委员会的结果进行比较来验证其准确性。在此验证后,它进一步被用来测量的绝对频率的543-nm的双模稳定的He-Ne激光器,这是常规用于长度测量在我所,从而验证了它在计量应用中的实际效用。整个设置都是用现成的组件构建的,便于其他研究人员复制。
2019-05-03 physics.optics
Frequency comb injection locking of mode locked lasers
在弱注入区,解决了被动锁模孤子激光器脉冲训练与外注入脉冲训练的双频同步问题。源和目标频率梳通过间隔和偏移频率失配来区分。锁定图映射失配参数空间中的域,其中梳状结构的稳定锁定是可能的。我们分析了锁定行为对源脉冲和目标脉冲的相对频率和啁啾的依赖性,以及相对偏移频率必须主动稳定的条件。锁定稳态的特征在于固定的源-目标时间和映射锁定域的相移。
2012-12-18 nlin.CD physics.optics
Frequency comb generation through the locking of domain walls in doubly resonant dispersive optical parametric oscillators
本文从理论上研究了双共振色散光学参量振荡器中局域时间耗散结构的形成及其相应的频率梳。我们推导出一个非局域平均场模型,并表明畴壁锁定允许形成稳定的相干光学频率梳。
2019-08-06 nlin.PS physics.optics
Carrier conversion from terahertz wave to dual-wavelength near-infrared light injection-locking to optical comb using asynchronous nonpolarimetric electro-optic downconversion with electro-optic polymer modulator
本研究提出一种基于电光聚合物调制器的异步非偏振电光下变频方法,实现了太赫兹波到双波长近红外光注入锁定至光梳的载波转换,为无线到光无缝通信提供了有效方案。
2023-04-25 physics.optics
Low-Noise Operation of Stepped Frequency-Comb Sources Based on Phase-Code Mode-Locking
本文通过优化PCML激光器的脉冲参数与腔内标准具线宽匹配,实现低噪声运行,使CR-OCT成像灵敏度达103 dB,图像质量与传统扫频源相当。
2025-06-23 physics.optics
Laser self-injection locking to fiber Fabry-Perot resonator for frequency comb generation
本研究提出利用分布式反馈激光器对高Q值光纤法布里-珀罗谐振腔的自注入锁定技术,在低至100 mW功率下产生稳定的光学频率梳,并揭示了其孤子态动力学与相位依赖性。
2025-06-26 physics.optics
Farey tree locking of terahertz semiconductor laser frequency combs
针对太赫兹QCL频率梳主动锁定方法引入大相位噪声且系统复杂的问题,本文提出微波注入下的法里树锁定方法,利用频率竞争实现锁定并显著降低双梳相位噪声,为紧凑低噪声太赫兹频率梳源铺平道路。
2024-06-19 physics.ins-det physics.optics
Passive harmonic mode-locking by mode selection in Fabry-Perot diode lasers with patterned effective index
我们展示了被动谐波锁模的量子阱激光二极管设计支持离散梳的法布里-珀罗模式。使用腔有效折射率的非周期性图案化来实现模式光谱的光谱过滤。通过选择6个间隔为基模间隔两倍的模,在重复频率为100 GHz时获得了脉宽为2 ps的近变换极限脉冲输出。
2010-12-17 physics.optics
Harmonic mode locking in a high-Q whispering gallery mode microcavity
对石英环形微腔中谐波锁模的产生进行了数值模拟和实验研究。我们使用一个广义平均场Lugiato-Lefever方程,并用分步傅里叶方法求解。我们发现,在强抽运后降低输入功率,即使不仔细调节波长失谐量,也可以获得稳定的谐波锁模区。这是由于非线性腔系统的非线性性质。实验结果与数值分析吻合较好,在较低的纵模间距下,通过强泵浦后逐渐减小泵浦输入,获得了低噪声的克尔梳状谱。这一发现阐明了在这种高Q微腔系统中产生谐波锁模的过程。
2014-08-06 physics.optics
Arm locking using laser frequency comb
在这项工作中,我们描述了一个更新的版本的单臂锁定,由于零值的噪声放大可以灵活地限制与光学频率梳的帮助。结果表明,以光学频率梳为桥梁,激光相位噪声可以被一个特定的因子分割。分析结果表明,在科学波段的峰已大大减少。噪声抑制性能表明,即使采用自由振荡光源,臂锁定后的总噪声也能很好地满足时延干涉测量的要求。我们还估计了更新后的单臂锁定的频率牵引特性,结果表明,牵引率是可以容忍的,没有跳模的风险。臂锁定将是一个有价值的解决方案,以减少噪音的星载GW探测器。我们证明,通过精确控制返回激光的相位噪声,在科学波段的噪声放大可以有效地抑制基于更新的单臂锁定。我们的方法不仅可以抑制峰值,高增益,低拉速,它还可以全年使用,没有由于臂长不匹配而导致锁定失败的潜在风险。最后,我们讨论了更新的单臂锁定的统一演示,其中本地和返回的激光相位噪声可以被调谐,以产生预期的臂锁定传感器实际上。本文的工作为未来星载GW探测器的臂锁定提供了一种有效的方法。
2021-09-06 astro-ph.IM physics.optics
Active Stabilization of Terahertz Semiconductor Dual-Comb Laser Sources Employing a Phase Locking Technique
具有等间距和低相位噪声频率线的双梳状光源对于高分辨率光谱学和计量学具有重要意义。在太赫兹频段,电泵浦半导体量子级联激光器(QCL)是频率梳和双梳操作的合适候选者。对于单个激光频率梳,可以使用微波注入锁定来锁定重复率,并且可以将载波频率锁定到高度稳定的源。然而,对于两个激光梳的锁定,应该同时锁定四个频率(两个重复率和两个载波偏移频率);如果仅指双梳信号,则两个相对频率,即,应当锁定一个激光器相对于另一个激光器的偏移频率和重复频率。虽然已经成功地用于单激光梳的锁定技术原则上可以应用于双梳激光源,但是完全锁定使这种系统的实现相当复杂。在这里,我们提出了一种方法来稳定的太赫兹QCL双梳状源的相位锁定的双梳状线之一的射频(RF)合成器。该技术通过利用避免使用外部检测器的激光自检测来迫使其中一个激光器跟随另一个激光器的音调(保持两个激光梳之间的载波偏移频率差和重复频率差的总和为常数)。通过这种锁定技术的演示,我们证明了双梳可以产生超过2 μ s的时间尺度的周期性脉冲,表明太赫兹QCL梳没有控制的重复率可以产生脉冲型波形。
2021-02-13 physics.app-ph physics.optics
Synchronization of frequency combs by optical injection
基于半导体激光器的光学频率梳是一种很有前途的双梳光谱仪单片集成技术。然而,由于缺乏倍频程跨越频谱,偏移频率fceo的稳定仍然是一个具有挑战性的壮举。在双梳配置中,偏移频率的不相关抖动导致非周期性信号,从而导致具有有限信噪比(SNR)的加宽的拍音。因此,目前需要昂贵的数据采集方案和复杂的信号处理。在这里,我们表明,两个频率梳的偏移频率可以同步的光注入锁定,它允许完全相位稳定时,结合电注入。通过光学游标滤波器隔离的单个梳状线用作注入锁定的主振荡器。由此产生的双梳状信号是周期性的,并且在数千个周期内是稳定的。这使得能够使用模拟电子器件进行相干平均,这分别增加了SNR并将数据大小减少了一个和三个数量级。所提出的方法将通过利用集成光学滤波器实现完全相位稳定的双梳状光谱仪,并提供测量和稳定fceo的途径。
2022-02-19 physics.optics
Low frequency-to-intensity noise conversion in a pulsed laser cavity locking by exploiting Carrier-Envelope Offset manipulation
我们报告的依赖性的频率到强度的噪声转换锁定的超快激光对高精细光学谐振腔从载波包络偏移(CEO)频率。通过腔精细度和激光CEO频率的适当组合,可以优化陷获到光学谐振腔中的激光强度的信噪比。的理论描述的问题连同数值模拟和实验结果的目的是一个强大的抑制的强度波动的被困激光场。
2022-01-25 physics.optics
Accurate laser frequency locking to optical frequency combs under low-signal-to-noise-ratio conditions
我们演示了一种方法,用于精确地锁定连续波激光器的频率的光学频率梳的条件下,信噪比低,太低,以适应其他方法。我们的方法是典型的数量级比传统的波长计更准确,并可以大大扩展一个给定的光学频率梳的可用波长范围。我们说明了我们的方法,将其应用到偶极晶格陷阱的频率控制的光晶格时钟,一个代表性的情况下,我们的方法提供了显着更好的精度比其他方法。
2020-03-23 physics.atom-ph physics.optics
Numerical study of solitonic pulse generation in the self-injection locking regime at normal and anomalous group velocity dispersion
建立了描述自注入锁定机制中频率梳产生过程的原始模型,并对该过程进行了数值模拟,数值研究了反常群速度色散下自注入锁定机制中耗散克尔孤子的产生。不同制度的孤子激发依赖于锁定相位,后向散射参数和泵浦功率被确定。同时提出并数值证实了自注入锁定可能为正常群速度色散下频率梳的产生提供一种简便的方法。对陈词滥调的生成进行了详细的论证和研究。找到了提供格子激发的参数范围。
2021-04-16 nlin.PS 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
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
At the threshold of distributed Kerr-lens mode-locking in a Cr:ZnS waveguide laser
本研究验证了中红外Cr:ZnS波导激光器基于非线性空间模式耦合实现时空锁模的可行性,发现泵浦光诱导的软光阑可调控空间模式,为分布式克尔透镜锁模及光子弹形成奠定基础。
2023-01-25 physics.optics
Intelligent Mode-Locked Single-Cavity Dual-Comb Laser Utilizing Time-Stretch Dispersive Fourier Transform Spectroscopy
针对单腔双梳锁模的稳定性挑战,提出结合适应度函数与CNN-Transformer的评估标准,利用模拟DFT光谱数据集和进化算法智能控制偏振控制器,实现了2秒内快速获取锁模状态并确保其长期稳定运行。
2025-05-01 physics.optics
Active mode locking of quantum cascade lasers operating in external ring cavity
由锁模激光器产生的稳定的超短光脉冲和频率梳具有许多重要的应用,包括高分辨率光谱学、快速化学检测和识别、超快过程研究和激光计量学。虽然在可见光和近红外范围内发射的紧凑型锁模激光器已经彻底改变了光子技术,但在大多数气体具有强吸收线的中红外范围内操作的系统体积庞大且昂贵,并且依赖于非线性下变频。量子级联激光器是中红外范围内最强大和通用的紧凑型光源,尽管付出了巨大的努力,但实现其锁模操作仍然是一个挑战。在这里,我们报告的第一个演示外腔量子级联激光器主动锁模。该激光器在室温下工作在锁模状态,并且在标准商用激光器芯片的注入电流的全动态范围内工作。
2015-10-29 physics.optics
Dynamics of a broad-band Quantum Cascade Laser. From chaos to coherent dynamics and mode-locking
在基于有效半导体Maxwell-Bloch方程的模型中研究了多模量子级联激光器的动力学,包括辐射-介质相互作用的关键特征,如非对称性、频率依赖性、增益和折射率以及由亨利因子提供的相位-振幅耦合。通过考虑自由光谱范围和亨利因子的作用,我们开发了适合于识别允许不稳定的条件的标准,接近阈值,由激光器发射的行波,并导致混沌或规则的多模动力学。在后一种情况下,我们的模拟表明,场振荡与沿激光腔,桥接锁模和孤波传播的自约束结构。此外,我们展示了如何RF调制的偏置电流导致主动锁模产生高对比度,皮秒脉冲。我们的结果与最近的宽带THz准分子激光器实验结果进行了比较,有助于理解中红外和THz波段超短脉冲产生和梳状操作的条件
2017-10-20 physics.optics
Self-regulating soliton domain walls in microresonators
利用自注入锁定过程在微谐振器中实现了耗散孤子克尔频率梳。它们具有交钥匙确定性梳产生和简化正常色散区暗孤子产生的优点。在这里,自注入锁定触发的暗脉冲的形成过程进行了研究,把它们看作是一对畴壁连接具有不同的腔内功率的畴。自注入锁定机制允许畴壁自调节它们的位置,使得可以访问宽范围的暗梳状态,并且占空比由反馈相位控制。利用电光采样技术对暗脉冲波形进行直接成像,验证了理论的正确性。研究结果为这类重要的非线性波提供了新的物理见解和新的操作模式。
2021-11-24 physics.optics
A stabilized chip-scale Kerr frequency comb via a high-Q reference photonic microresonator
我们通过将泵浦激光器锁定到一个独立的稳定的高Q值参考微谐振器和将梳齿间距锁定到一个外部微波振荡器来稳定芯片级Si3N4锁相克尔频率梳。在这种梳状结构中,泵浦激光位移对梳状结构间距变化的影响可以忽略不计。该方案是走向小型化的稳定克尔梳状系统的微谐振器参考可以潜在地集成在芯片上。稳定梳的光学谐波的分数不稳定性受到用于梳间隔锁定的微波振荡器的限制,低于1s的平均时间,并且与泵浦激光器的长期漂移相一致。
2016-07-20 physics.optics
Chaotic synchronization in optical frequency combs
利用离散模方法研究了由于四波混频引起的非线性耦合频率梳中的模间动力学。当存在足够的可饱和吸收时,相空间坍缩成单一状态,所有模式都紧紧锁定在同一相位。在一个纯粹的反应性非线性的情况下,一个约束较少的锁定机制出现,它保持相邻模式的相位差松散的限制,并导致准周期呼吸子的形成。潜在的非线性相关性的分析确定了一个混沌同步过程的起源,这种以前未报道的锁定机制。尽管激光锁模系统具有较大的李雅普诺夫指数和关联维数,但其混沌动力学特性很容易被常用的激光锁模诊断方法所忽略。这一发现可能最终解释了许多无法解释的报告激光自锁模在没有一个有效的可饱和吸收机制和形成自频率调制的梳状半导体激光器。
2021-10-19 nlin.CD physics.optics
Integrated diode lasers for the generation of sub-GHz repetition rate frequency combs
本文提出一种InP/Si₃N₄混合集成扩展腔二极管激光器,利用微环反馈实现亚GHz被动与混合锁模,并通过RF注入显著压窄重复频率线宽、获得宽锁定范围。
2024-05-30 physics.app-ph physics.optics
Controlling and Phase-Locking a THz Quantum Cascade Laser Frequency Comb by Small Optical Frequency Tuning
THz发射量子级联激光器(QCL)梳的全相位控制最近已被证明,即使是最苛刻的应用开辟了新的前景。在这个框架内,简化这些设备的控制设置将有助于加速它们在许多领域的传播。我们报告了一种新的方法来控制太赫兹QCL梳的发射频率的小光学频率调谐(SOFT),使用一个非常简单的实验装置,利用普通白光发光二极管的非相干发射。在这些条件下可获得的轻微微扰机制允许调整半导体的复折射率,而不会使宽带激光增益不稳定。的SOFT致动器的特点,并比较另一个致动器,QCL驱动电流。这种额外的自由度的频率和相位稳定的太赫兹QCL梳的适用性和前景进行了讨论。
2020-06-29 physics.app-ph physics.optics
Mode locking by phase-sensitive amplification
Université Libre de Bruxelles(布鲁塞尔自由大学);University of Lille, CNRS, UMR 8523 PhLAM(里尔大学,法国国家科学研究中心,UMR 8523 光子与激光联合实验室);California Institute of Technology(加州理工学院)
该研究在连续泵浦振荡器中实现相位敏感锁模,利用克尔效应与腔失谐将泵浦参考参量增益转化为功率鉴别器,使脉冲振幅选择与光相位参考由同一相干非线性反馈实现,为锁模技术提供新机制。
2026-10-14 physics.optics
Recent Advances in Laser Self-Injection Locking to High-$Q$ Microresonators
利用外腔稳定和控制激光频率的方法在基础研究和激光应用中得到了广泛的应用。当大部分激光通过谐振腔时,由于存在一些从谐振腔到激光器的后向散射光,会发生自注入锁定效应,将激光器的发射频率锁定在频率相近的谐振腔模式上。自注入锁定导致激光器的线宽和噪声的显着减少。使用这种方法,锁定到一个普通的半导体激光器的双- $Q$微谐振器可以获得亚赫兹线宽,与国家的最先进的光纤激光器。因此,它为制造具有减小的占地面积和成本的高性能半导体激光器铺平了道路。此外,随着高激光功率,微谐振器的光学非线性极大地改变了激光动力学,提供在同一微谐振器中同时产生脉冲和频率梳的路线。特别是,集成光子学技术,使通过半导体CMOS工艺制造的组件,带来了越来越多的和扩展的兴趣,激光制造使用这种方法。在这篇文章中,我们提出了一个全面的教程,激光自注入锁定的分析和数值方法,以及最新的理论和实验成果的审查。
2022-12-12 physics.optics
Direct Phase Locking of a Ti:Sapphire Optical Frequency Comb to a Remote Optical Frequency Standard
我们报告了一个超低噪声的光频率传输从一个远程位置的Sr光晶格时钟激光器的钛:蓝宝石光学频率梳通过电信波长的光纤网络。钛宝石光学频率梳固有的窄线宽消除了对局部参考高精细度腔的需要。光学频率梳相对于远程光学参考的相对分数频率不稳定性在1 s时为$6.7(1) \times 10^{-18}$,在1,000 s时为$1.05(3) \times 10^{-19}$,包括2.9 km长的光纤网络。这保证了光学频率梳具有与光学标准相同的精度。我们的研究结果为超高精度光谱学和在更简单的设置中将高精度光频转换为射频铺平了道路。
2019-04-02 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Spatiotemporal mode-locking and photonic flywheel in multimode microresonators
耗散克尔孤子(DKS)频率梳-也称为微梳-可以说是在腔非线性光子学中创造了一个新的领域,理论,实验和技术研究之间有很强的交叉作用。时空锁模(STML)不仅为超快激光技术增加了新的自由度,而且为利用光子学实现模拟计算机和启发式优化器提供了新的见解。在这里,我们结合了DKS和STML的原理,首次展示了STML DKS通过开发一个未开发的超高品质因数的法布里-珀罗微谐振器的基础上渐变折射率多模光纤(GRIN-MMF)。利用模间受激布里渊散射,我们可以选择性地激发本征模DKS或STML DKS。此外,我们展示了一个超低噪声的微梳,提高了光子飞轮的基本梳线宽和DKS定时抖动的性能。所展示的基本梳状线宽为400 mHz和DKS的500阿秒的定时抖动分别代表了25倍和2.5倍的改进,从国家的最先进的。我们的研究结果表明,GRIN-MMF FP微谐振器作为一个理想的测试平台,高维非线性腔动力学和光子飞轮的相干性和超低的定时抖动的潜力。
2022-03-19 nlin.PS physics.optics
Statistical physical theory of mode-locking laser generation with a frequency comb
本文在统计力学框架内研究了封闭腔中锁模激光脉冲的形成,其中激光的产生与由泵浦光功率驱动的热力学相变相一致。电磁模式表示的经典自由度的哈密顿模型平衡在一个有效的合奏对应于固定的激光制度。通过优化的蒙特卡罗数值模拟,分析了不同模式互作用稀释度、增益分布和模式数下的系统特性。给出了由此产生的锁模激光相位的新特性,这些特性是以前的平均场方法无法观察到的。对于强稀释的非线性相互作用网络,功率凝聚发生的整个光强度是由几个电磁模式,其数量不依赖于系统的大小。对于所有报告的情况下,激光阈值,强度谱,和超快电磁脉冲计算。
2015-04-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.optics
Long-term mutual phase locking of picosecond pulse pairs generated by a semiconductor nanowire laser
通过锁模产生相位稳定的超快激光脉冲序列的能力支撑了精密计量和光谱学等领域的光子学研究。然而,传统的锁模激光系统的复杂性,结合需要一种机制来诱导谐振器模式之间的主动或被动相位锁定,阻碍了它们在纳米尺度上的实现。在这里,我们证明了GaAs-AlGaAs纳米线激光器能够发射锁相皮秒激光脉冲对时,受到非共振脉冲光激发的重复频率高达~ 200 GHz。通过探测均匀展宽的激光发射中出现的双脉冲干涉,我们表明光学相位在超过~ 30 ps的时间尺度上保持不变,远长于发射的激光脉冲持续时间(~ 2 ps)。通过求解光学布洛赫方程进行的模拟与实验产生了良好的定量一致性,揭示了相位信息是如何存储在接近透明的增益介质中的。我们的研究结果开辟了应用,如片上,超灵敏的拉姆齐梳状光谱。
2016-03-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Terahertz Voltage-controlled Oscillator from a Kerr-Induced Synchronized Soliton Microcomb
提出利用Kerr诱导同步控制集成频率梳的太赫兹重复频率,实现太赫兹压控振荡器,通过调制参考激光器将微波波形转移至微梳,获得高相干太赫兹载波频率梳。
2024-04-25 physics.app-ph physics.optics
Photonic Cavity Synchronization of Nanomechanical Oscillators
振荡系统的同步是一种常见的自然现象,并逐渐成为现代物理学中的一个重要概念。纳米机械谐振器由于其可控的振荡特性和可工程化的非线性,是研究同步的理想系统。在这里,我们展示了两个纳米机械振荡器通过光子谐振器的同步,使机械隔离的纳米机械谐振器之间的光机械同步。光学反作用引起机械谐振器的反应性和耗散性耦合,导致谐振器的相干振荡和相互锁定,其动力学超出了广泛接受的相位振荡器(仓本)模型。除了振荡器之间的相位差之外,它们的幅度也被耦合,导致同步载波信号周围出现边带。
2013-10-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spectral Control of a Cavity-Based X-ray Free-Electron Laser via Active Mode Locking
本研究提出主动锁模的谐振腔型X射线自由电子激光器,通过电子束能量相干调制实现光谱可编程,兼具高能量功率与高精度频率调控,且能耐受高反射率波动,为硬X射线相干源提供实用方案,推动多领域应用。
2025-10-01 physics.acc-ph physics.optics
An auto-locking ultra-stable laser with sub-hertz linewidth
本文首次详细报道了亚赫兹线宽自锁超稳激光器的设计过程和性能。利用自制的控制器,采用数字电路和模拟电路相结合的方法,将激光频率自动稳定到光学参考腔。数字电路用于超稳激光器状态的诊断和操纵,模拟电路用于判别信号的解调和伺服控制。为了缩短自锁超稳激光器的锁定时间,提高自锁超稳激光器的可靠性,提出了一种在闭环状态下而不是开环状态下搜索传输信号的方法。157次再锁定后得到的中位时间为16.6s,小于20 s的概率大于86%。在0.1 ~ 100 s的积分时间范围内,分数阶频率不稳定度小于3.4E-15。该系统的性能表明,它将作为光时钟信号传输的一个重要子系统。
2022-03-19 physics.ins-det physics.optics
Mechanisms of Spatiotemporal Mode-Locking
锁模是一个过程,其中光学谐振腔的不同模式通过非线性相互作用建立稳定的同步。这种自组织是光源的基础,使许多现代科学应用成为可能,例如超快和高场光学和频率梳。尽管如此,锁模几乎完全是指光在一维时间内的自组织。在这里,我们提出了一种理论方法,吸引子解剖,理解三维(3D)时空锁模(STML)。关键的想法是找到,为每个不同类型的3D脉冲,一个特定的,最小的简化模型,从而确定负责其形成和稳定性的重要腔内效应。对结果的直觉来自“最小损耗原理”,即激光器努力找到最小损耗(最大化增益提取)的腔内光的配置。通过这种方法,我们确定和解释几种不同形式的STML。这些新的相位的相干激光在1D中没有类似物,并通过三维场的实验测量得到支持,揭示了包括多于$10^7$腔模式的STML状态。我们的研究结果应该有助于发现和理解新的更高维形式的相干光,这反过来又可能使新的应用。
2019-11-21 nlin.PS physics.optics
Mode-Locking in a Free-Electron Laser Amplifier
提出了一种利用自由电子激光放大器产生阿秒辐射脉冲串的技术。无光学技术通过在自由电子激光中的共传播辐射和电子聚束之间施加一系列时空位移来合成纵模梳。可以通过以模式间隔频率调制电子束能量来锁相模式。三维模拟表明,产生的训练的400作为脉冲在千兆瓦的功率水平均匀间隔2.5 fs的波长为124埃。在波长为1.5埃的X射线中,预测了23as脉冲序列,脉冲间隔为150as,峰值功率可达6GW。
2008-05-06 physics.acc-ph physics.optics
Dynamics of soliton self-injection locking in a photonic chip-based microresonator
孤子微梳构成了芯片级的光学频率梳,并且具有影响从频率合成和电信到天文学的无数应用的潜力。通过将泵浦激光器自注入锁定到微谐振腔中来实现孤子的形成,大大放宽了对外部驱动激光器的要求。然而,迄今为止,这一进程的动态尚未得到充分理解。先前的自注入锁定模型无法解释足够大的失谐,孤子形成的关键。在这里,我们开发了一个理论模型的自注入锁定的非线性微谐振器(非线性自注入锁定)的第一次,并表明,自和交叉相位调制的顺时针和逆时针光使孤子的形成。使用集成的孤子微梳直接检测的30 GHz的重复率,组成的DFB激光器自注入锁定到Si3N4微谐振器芯片,我们研究了孤子形成动力学通过自注入锁定,以及重复率的演变,实验。我们揭示了微谐振腔中的克尔非线性显著地改变了锁定动力学,使激光发射频率红失谐。我们提出并实现了一种新的技术,用于测量非线性频率调谐曲线和实时观察微梳状态切换。
2020-11-20 nlin.PS physics.app-ph physics.optics