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
Noise floor reduction of an Er:fiber laser-based photonic microwave generator
从光信号产生微波受到光电探测过程中固有的热和散粒噪声的影响。在光电二极管饱和限制可实现的信噪比的较低脉冲重复率下,该问题更加严重。在本文中,我们证明了一个10-15 dB的减少,在10 GHz的相位噪声地板的脉冲重复率的乘法。从250 MHz基本锁模铒(Er):光纤激光器,我们比较了两种不同的方法,重复率倍增:法布里-珀罗腔滤波和级联,不平衡马赫-曾德尔光纤干涉仪。对于高于100 kHz的傅立叶频率,这些技术将10 GHz光电检测谐波上的相位噪声基底分别降低到-158 dBc/Hz和-162 dBc/Hz。
2011-09-10 physics.optics
High Power Microwave and Optical Volume Free Electron Lasers (VFELs)
空间周期性系统(天然和人造(电磁、光子)晶体)中通过布拉格衍射产生的非一维分布反馈的使用形成了体积自由电子激光(VFEL)发展的基础。本文综述了VFEL理论的基本原理,并介绍了VFEL作为高功率微波光源和光源发展基础的潜力。
2012-11-20 physics.acc-ph physics.optics
Coherent microwave radiation emitted during the process of stimulated Raman scattering in weakly compressed hydrogen : experimental studies, together with an attempt to interpret this microwave emission
在弱压缩氢的受激喇曼散射(SRS)实验中观测到了相干微波辐射,得到了定性和定量的结果。在考虑氢分子非谐性影响的模型基础上,提出了从唯象的角度解释这种辐射的一种尝试,该模型导致两种主要效应:1)可能存在一个涉及振动激发准粒子系统的中间态,其寿命应该很短(0.1-1 ps); 2)Stokes光波与准粒子系统的纵向传播波之间的非线性耦合。此外,几个过程也要考虑到:存在的宏观纵向电场,由于库仑相互作用;电致伸缩效应引起的“压电”的准粒子系统的字符;切伦科夫型和异常相对论多普勒效应。那么,相干微波辐射的源可能是与准粒子波相关的纵向极化的同相正交部分,它的发射应该看起来像参数不稳定性。关于SRS过程本身,对拉曼增益的额外贡献应该来自激光诱导电光效应。
2006-12-21 physics.optics
Topological magnetoelectric effects in microwave far-field radiation
类似于电磁学,由麦克斯韦方程组描述,磁电(ME)现象的物理学处理电场和磁场之间关系的基本问题。尽管这两个概念在形式上相似,但它们涉及不同性质的效果。一般来说,ME耦合效应表现在固体中的许多宏观现象与空间和时间对称性破缺。最近的研究表明,具有磁偶极模(MDM)振荡的铁氧体小粒子附近的近场具有时空对称性破缺,其拓扑性质不同于自由空间电磁场的拓扑性质。这种MDM起源的场,称为磁电(ME)场,携带自旋和轨道角动量。它们的特点是功率流涡和非零螺旋度。在本文中,我们报告的观察拓扑ME效应的远场微波辐射的基础上的小型微波天线与MDM铁氧体谐振器。我们表明,微波远场辐射可以表现为扭转结构的电场和磁场矢量之间的角度变化。本文讨论了在远场微波辐射中观测定域ME能区的问题。
2015-06-25 physics.optics
Ultralow Phase Noise Microwave Generation From Mode-Locked Er-Fiber Lasers With Subfemtosecond Integrated Timing Jitter
我们展示了超低相位噪声10 GHz微波信号的产生从自由运行的锁模铒光纤激光器与-142和-157 dBc/Hz的单边带绝对相位噪声在10和100 kHz的偏移频率,分别。在1 kHz至5 GHz(奈奎斯特频率)偏移频率范围内积分时,绝对RMS时序抖动为1.5 fs。在微波发生器通常使用的10 kHz至10 MHz积分带宽中,RMS积分抖动为0.49 fs。Er光纤激光器在接近零色散的展宽脉冲状态下工作,以最小化提取微波的相位噪声。为了抑制光电转换过程中多余的相位噪声,采用基于光纤Sagnac环的光-微波相位检测器将低噪声压控振荡器与光纤激光器同步。
2013-11-04 physics.ins-det physics.optics
Laser Cooling Characterization of Yb-Doped ZBLAN Fiber as a Platform for Radiation Balanced Lasers
光纤激光器的热问题使光束质量恶化,阻碍了其功率缩放的最新进展。反斯托克斯荧光冷却被认为是一种可行的方法来平衡量子缺陷和背景吸收产生的热量。这种辐射平衡的配置依赖于冷却级稀土掺杂增益材料的可用性。在此,我们对掺镱ZBLAN光纤进行了一系列测试,以提取其激光冷却相关参数,并表明它是一种可行的辐射平衡激光冷却介质。特别地,进行详细的激光诱导调制光谱(LITMoS)测试以突出该光纤到冷却状态的转变作为泵浦激光波长的函数。数值模拟支持辐射平衡激光器的可行性,但强调实际的辐射平衡设计对光纤材料性能的要求更高,特别是对背景吸收,比固体激光器冷却实验。
2019-09-30 physics.optics
Synchronization of two DFB lasers using frequency-shifted feedback for microwave photonics
对两台半导体DFB激光器在频移交叉注入和自反馈下的相位同步进行了数值和实验研究。基于单片DFB激光器的专用设置允许在广泛的参数范围内有效地将两个激光器的频率差锁定在外部基准上。与延迟速率方程模型一致,它表明,锁定的光反馈相位的敏感性是通过使用强交叉注入减轻,从而铺平了道路,微波光子学的应用。也可以观察到其他同步动力学,例如有界相位振荡。
2019-01-05 physics.app-ph physics.optics
Sub-femtosecond synchronization of microwave oscillators with mode-locked Er-fiber lasers
我们同步8.06 GHz的微波信号从压控振荡器与光脉冲训练从77.5 MHz的锁模铒光纤激光器使用基于光纤的光学微波相位检测器。光脉冲训练和同步微波信号之间的残余相位噪声在1 Hz(5 kHz)偏移频率处为-133 dBc/Hz(-154 dBc/Hz),这导致838作为积分均方根定时抖动[1 Hz - 1 MHz]。在2小时内测得的长期残余相位漂移为847 as(rms),在1800 s平均时间处达到4 \times 10^{-19}分数频率不稳定性。这种方法有可能提供亚fs级的短期相位噪声和长期相稳定性的微波提取锁模光纤激光器。
2012-06-06 physics.ins-det physics.optics
Precision measurement and determinations of laser radiation coherence by digital processing of their interferograms
本文介绍了用数字显微镜和以相位光栅为振幅分束器的原始双光束干涉仪对激光辐射干涉图进行数字化处理,以定量测定辐射的空间和时间相干模的方法。用已知的软件算法进行干涉图案图像的数字处理。通过对几种气体、固体和二极管激光器的辐射相干性的测量,说明了测量程序的原理和功能。
2012-10-16 physics.optics
Coherent terahertz needle radiation emission mechanism from nanostructured ferromagnetic metal films excited by femtosecond laser pulses
提出了一种相干太赫兹针辐射发射机制。这一机制可以在飞秒激光脉冲与纳米铁磁金属薄膜相互作用的实验中得以实现。该机制是基于飞秒激光脉冲在纳米结构金属表面激发耦合相干声子-磁振子模。估算了太赫兹辐射的坡印廷矢量值。
2008-09-28 physics.optics
Microwave sidebands for atomic physics experiments by period one oscillation in optically injected diode lasers
我们发现,在光注入的二极管激光器的非线性动力学导致频率可调谐的微波边带,适用于原子物理学实验。我们证明了边带的适用性,在实验中,铷原子的磁光捕获的陷阱和再泵浦光频率来自一个光注入激光器。我们发现,在注入频率和边带频率的注入激光的光谱线宽变窄。强光注入导致频率锁定,我们发现一个完整的线宽转移从主从。进一步的应用进行了讨论。
2011-10-06 physics.atom-ph physics.optics
Faraday isolator based on crystalline silicon (c-Si) for 2 micron laser radiation
研究了单晶硅的磁光特性与波长和温度的关系。
2022-02-03 physics.optics
Analytical formulation of a high-power Yb-doped radiation balanced fiber laser
提出了一种辐射平衡光纤激光器的解析解,该激光器在工作过程中由于反斯托克斯荧光的冷却而不产生净热。结果与数值解吻合良好。使用光纤激光器参数的实际值,提出的解析解作为一个经济上可取的替代费时,直接的数值计算。
2021-12-30 physics.optics
Attosecond Precision Multi-km Laser-Microwave Network
同步激光微波网络提供阿秒的定时精度是非常可取的许多先进的应用,如大地测量,甚长基线干涉测量,高精度导航和多望远镜阵列。特别是,X射线自由电子激光和强激光束线等快速发展的光子科学设施需要对长达公里距离的数十个光学和微波信号进行全系统阿秒级同步。一旦配备了这样的精度,这些设施将通过揭示发生在阿秒时间尺度上的分子和原子过程,如分子内电荷转移,俄歇过程及其对X射线成像的影响,开创全新的科学。在这里,我们首次提出了一个完整的同步激光微波网络的阿秒精度,这是通过新的光纤非线性和基本噪声贡献的平衡和仔细的光纤非线性器件和实现。我们演示了4.7公里的光纤网络和远程光同步的时间稳定在3.5公里的光纤链路与580和680阿秒RMS的整体定时抖动,分别超过40小时。最终我们实现了一个完整的激光微波网络与950阿秒的时间抖动为18小时。这项工作可以使下一代阿秒光子科学设施彻底改变许多研究领域,从结构生物学到材料科学和化学到基础物理学。
2016-07-27 physics.ins-det physics.optics
DFB laser contribution to phase noise in an optoelectronic microwave oscillator
光电子光纤延迟线微波振荡器在高速纤维光学通信、空间和雷达系统中具有广泛的应用前景。它的相关特性是非常低的相位噪声和宽范围的可调谐性,同时工作在几十GHz的频率。我们考虑了DFB激光器对振荡器相位噪声的贡献。测量并分析了波长波动和RIN的低频谱。因此,选择合适的光学器件和光电器件可以改善振荡器的相位噪声。
2008-09-25 physics.ins-det physics.optics
Microwave Demonstration of Purcell Effect Enhanced Radiation Efficiency
我们通过实验证明了一种基于Purcell效应的设计技术,用于改善阻抗匹配,从而提高了小型微波发射器的辐射效率。使用一个迭代的过程集中在比较的相位的辐射场的发射器在空气中的发射器在介电环境中,我们优化了一个小单极微波发射器周围的接地平面上方的电介质半球的结构,以最大限度地提高其辐射效率。优化后的系统在2.00 GHz和2.84 GHz的发射器和两个全向辐射模式之间显示出非常强的耦合,分别产生8360和430倍的Purcell增强因子,以及接近完美的辐射效率。
2022-07-29 physics.app-ph physics.optics
The stability of an optical clock laser transferred to the interrogation oscillator for a Cs fountain
我们使用基于光纤的飞秒激光频率梳作为传输振荡器,稳定在9.6 GHz的微波振荡器在344太赫兹的光时钟激光。与第二频率梳,我们独立地测量微波源相对于另一个光学时钟激光频率在456太赫兹的不稳定性。这种光-微波和微波-光转换的总分数频率不稳定性导致在1秒平均时间(带宽50 kHz)下的艾伦偏差sigma_y=1.2E-14。在偏离9.6 GHz载波10 Hz时,残余相位噪声密度为-97 dBc/Hz。用这种光学稳定的微波源替换PTB铯喷泉CSF 1现有的基于石英的询问振荡器,将把由于迪克效应造成的不稳定性贡献从1 s平均时间的1 E-13能级降低到当前状态下微不足道的水平。CSF 1。因此,这种新的微波源可以替代低温负载的腔体振荡器,以克服国家的最先进的石英振荡器的局限性。
2008-09-12 physics.atom-ph physics.optics
Microwave photonic short-time Fourier transform based on stabilized period-one nonlinear laser dynamics and stimulated Brillouin scattering
本研究提出结合稳定P1非线性激光动力学与SBS的微波光子STFT系统,经光电反馈稳定扫频信号并结合SBS光带通滤波实现频率-时间映射,实验验证其可提升时频图质量与测频精度,最优带宽下平均绝对误差降50%。
2024-04-17 eess.SP physics.optics
Amplitude to phase conversion of InGaAs pin photo-diodes for femtosecond lasers microwave signal generation
当光电二极管被来自飞秒激光器的脉冲训练照射时,它在其带宽内产生重复频率谐波的微波分量。已知这些分量的相位(相对于光脉冲训练)取决于每个脉冲的光能。我们提出了一个实验研究,这种依赖性的InGaAs pin光电二极管照明超短脉冲产生的掺铒光纤飞秒激光器。测量了两种典型探测器在接近和高于饱和的冲击脉冲能量的大范围内的能量与相位的关系,这两种探测器通常用于基于飞秒激光的光学频率梳的光学频率计量。当扫描光脉冲能量时,发现将相位变化与能量变化相关联的系数在正值和负值之间交替,具有许多(对于重复率的高谐波)消失点。通过在这些消失点之一附近操作系统,基于商用纤芯光纤的飞秒激光器的典型幅度噪声水平足够低,以生成最先进的超低相位噪声微波信号,几乎不受幅度到相位转换相关噪声的影响。
2011-04-22 physics.ins-det physics.optics
Spontaneous and Induced Radiation by Relativistic Particles in Natural and Photonic Crystals. Crystal X-ray Lasers and Volume Free Electron Lasers (VFEL)
综述了相对论粒子通过天然晶体和光子晶体产生自发辐射和感应辐射的机制。介绍了基于自然晶体和光子晶体中自发辐射的体自由电子激光的理论。
2011-01-04 physics.acc-ph physics.optics
High-purity microwave generation using a dual-frequency hybrid integrated semiconductor-dielectric waveguide laser
我们提出了一个集成的半导体-介质混合双频激光器工作在1.5 $μ$ m波长范围内的微波和太赫兹(THz)的产生。产生的微波拍频接近11 GHz,我们观察到一个记录窄的本征线宽低至约2 kHz。这是通过基于磷化铟(InP)的单个二极管放大器与长的低损耗氮化硅(Si $_3$ N $_4$)反馈电路的混合集成来实现的,以延长腔光子寿命,从而在芯片上产生约30 cm的腔光学往返长度。通过引入用于平衡来自Si $_3$ N $_4$芯片上的两个可调谐频率选择性游标镜的反馈的外部控制参数,能够在两个频率下同时激射。每个频率都可以调谐到约80 nm的波长覆盖范围,从而可能允许在微波范围内产生高达THz范围的宽范围频率。
2020-11-24 physics.app-ph physics.optics
Microwave Power Spectra of Stimulated Phonon Emission and Spatio-Temporal Structures in an Optical-Wavelengths Acoustic Laser (Paramagnetic Phaser)
本文用量子声学方法对固体非平衡介质中的自组织运动问题进行了实验研究。在基于红宝石晶体的光波长声激光器(顺磁移相器)中,获得了微波功率谱的广义庞加莱截面。在相位器弛豫共振区域之外的周期性泵浦调制条件下,观察到MPS的相当大的变窄及其类自波超低速运动。本文的部分实验结果发表在:《固态通信》,第90卷,第8期,第501页(1994)。实验数据的解释见arXiv:1101.0482v1 ; arXiv:cond-mat/0410460 v1; arXiv:cond-mat/0303188 v1。
2012-01-03 cond-mat.other nlin.AO physics.optics
Optical and microwave metrology at the 10-18 level with an Er/Yb:glass frequency comb
光学频率梳是精密计量学实验的一个基本工具,其应用范围从痕量气体的遥感光谱传感到用于精确计时的光学原子钟的表征和比较,以及对标准模型之外的物理学的研究。在这里,我们描述的架构和充分表征的电信波段,自锁模频率梳的基础上的自由空间激光器与Er/Yb共掺玻璃增益介质。该激光器为基于Er:光纤激光器的频率梳提供了一种稳健且具有成本效益的替代方案,同时提供了与Ti:蓝宝石激光器系统相似的稳定性和噪声性能。最后,我们证明了Er/Yb:玻璃频率梳的实用程序在高稳定性频率合成中使用两个超稳定的光学参考在1157 nm和1070 nm,并在低噪声光子微波产生划分这些参考的微波域。
2022-08-26 physics.ins-det physics.optics
Photonic Generation of High Power, Ultrastable Microwave Signals by Vernier Effect in a Femtosecond Laser Frequency Comb
通过光学频率梳将超稳激光器的光学频率划分到微波频率范围允许产生具有前所未有的高光谱纯度和稳定性的微波信号。然而,如果不使用外部光学频率梳重复率倍增装置,则所产生的微波信号将遭受非常低的功率电平。本文报道了在双定向耦合器分插光纤环形谐振器中利用游标效应和光谱选择滤波来提高梳状重复频率和产生高功率微波的理论和实验研究。研究集中在两个选择性滤波方面:频率梳的不需要的光学模式的高抑制和传输的理想模式与尽可能低的损耗。此外,特别考虑了谐振腔输出端的频率梳稳定性和线宽的守恒。因此,一个纤维环谐振器的设计,制造和表征,并提出了一种技术来稳定谐振器的谐振梳。一个显着的功率增益实现了光子产生的拍音在10 GHz。本文还讨论了提高这种概念验证装置性能的途径。
2018-02-01 physics.ins-det physics.optics
Sensitivity Comparison of Microwave-Frequency and Optical Fibre Interferometry Based on State-of-the-Art Components
University of West Attica(西阿提卡大学);Politecnico di Milano(米兰理工大学)
该研究对比了采用微波振荡器与最先进激光器的光纤干涉仪在70km内的振动灵敏度,发现高光谱纯度激光器仅在10Hz以上性能更优,凸显微波低频优势及混合系统潜力。
2026-09-01 cs.NI physics.optics
Microwave sidebands for laser cooling by direct modulation of a tapered amplifier
原子的激光冷却通常需要几个激光频率。例如,碱性原子被两个频率差在千兆赫范围内的激光器冷却。这种差距不能用简单的移位技术来弥补。在这里,我们提出了一种在6.6 GHz的边带产生的方法,通过调制的锥形放大器,这是由未调制的主激光播种的电流。边带使得能够在基于芯片的磁光阱中捕获1.1*10^9个铷87原子。与主激光器的直接调制相比,该方法允许容易的实施、在宽频率范围内的快速调整以及用于操纵和检测的未调制光的同时提取。低功耗、小尺寸和多频率适用性使其应用范围广泛,从基于原子的移动传感器到分子的激光冷却。
2013-06-26 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Method of laser-radiation guiding in plasma
强激光辐射的衍射展宽限制了其在许多应用中的有效使用。本文提出了一种利用相对论电子束在等离子体中形成的密度通道引导激光辐射的方法。研究了相对论性光束保证导引的条件和参数。
2000-07-14 physics.optics physics.plasm-ph
Broadband Terahertz Quantum Cascade Laser Dual-Comb Sources with Off-Resonant Microwave Injection
宽带双梳光谱技术因其在光谱分辨率高、探测速度快等方面的独特优势而受到越来越多的关注,虽然双梳技术在红外波段已经相对成熟,但由于缺乏高性能的宽带太赫兹双梳光源,目前在太赫兹波段还没有商业化的实际应用。在太赫兹波段,电泵浦量子级联激光器(QCL)是双梳运转的理想选择。然而,自由运行的太赫兹QCL双梳源通常显示有限的光学带宽($\sim$ 100-200 GHz)。谐振微波注入锁定技术通过在谐振腔往返频率处调制激光器驱动电流来展宽太赫兹准分子激光器的发射光谱,但由于谐振注入和非理想微波电路引起的较大相位噪声,使得该技术很难用于展宽双梳带宽。因此,获得能够充分利用激光增益带宽的宽带太赫兹双梳光源具有挑战性。在这里,我们采用了非谐振微波注入显着拓宽双梳带宽的太赫兹QCL双梳源发射约4.2太赫兹。在非谐振注入下,测量的光学双梳带宽从自由运行时的147 GHz展宽到$>$ 450 GHz。通过对滤波器和GaAs标准具的透射率测量,从实验上证明了双梳带宽的展宽。通过基于速率方程模型的简单数值分析,我们解释了在非谐振微波注入条件下,宽带双梳的工作是由于较宽的激射带宽和较高的相位匹配度。
2022-06-21 physics.app-ph physics.optics
Ultra-low phase noise all-optical microwave generation setup based on commercial devices
在本文中,我们提出了一个非常简单的设计,基于商业设备的全光产生超低相位噪声微波信号。将商用光纤飞秒激光器锁定到稳定于商用ULE法布里-珀罗腔的激光器。从飞秒激光器输出中提取的10 GHz微波信号在1 Hz傅立叶频率处呈现出单边带相位噪声$\mathcal{L}(f)=-104 \ \mathrm{dBc}/\mathrm{Hz}$,其处于用这种“微波光子学”实验室实验\cite{Fortier2011}获得的最佳值的水平。接近载波的超低相位噪声微波信号现在将在频率计量领域以外的实验室中提供,为各个领域开辟了新的可能性。
2015-03-20 physics.ins-det physics.optics
Phase noise of a microwave photonic channel: direct-current versus external electro-optic modulation
对比微波光子通道中外部电光调制与激光器直接调制的相位噪声,发现EOM受背景噪声限制相位闪烁更低,而直接调制噪声随偏置电流变化更高。
2023-11-19 physics.ins-det physics.optics
An RF-source-free microwave photonic radar with an optically injected semiconductor laser for high-resolution detection and imaging
本文提出了一种新的微波光子(MWP)雷达方案,能够光学产生和处理宽带线性调频(LFM)微波信号,而不使用任何射频(RF)源。在发射机中,通过控制光注入半导体激光器的周期一(P1)振荡来产生宽带LFM微波信号。目标反射后,利用双驱动马赫-曾德尔调制器(DMZM)实现光子去啁啾,并通过低速模数转换器(ADC)和数字信号处理器(DSP)重构目标信息。该雷达不受外部射频源的限制,具有超灵活的可调谐性,主要工作参数可调,包括中心频率、带宽、频段和时间周期。在实验中,建立了一个完全基于光子学的Ku波段雷达,带宽为4 GHz的高分辨率检测和逆合成孔径雷达(ISAR)成像。结果表明,在100 MSa/s的采样率下,该接收机的距离分辨力可达1.88 cm,二维成像分辨力可达1.88 cm × 2.00 cm。实验研究了该雷达的柔性可调谐性。该方案具有成本低、结构简单、可重构性强等特点,有望应用于未来的多功能自适应、小型化雷达。
2021-06-11 eess.SP physics.optics
THz radiation by the frequency down-shift of Nd:YAG lasers
强激光与沿同一方向传播的相对论性稠密电子束相互作用,可使激光频率下移。理论上分析了这一过程,并利用这一过程产生相干太赫兹辐射。在一组实际相关参数下,建议在100皮秒的持续时间内,辐射能量可以达到每次发射1 mJ的数量级,或时间辐射功率为10 MW。
2013-03-17 physics.flu-dyn physics.optics physics.plasm-ph
Harmonics generation and intense terahertz radiation from polar molecules at multiphoton resonant excitation in laser fields
研究了在中等强度激光场多光子共振激发下,具有紫外跃迁的二能级极性分子的相干辐射谱。相应的频谱谐波产生和低频辐射的分析和数值研究。具体而言,被认为是产生强烈的平稳可调谐太赫兹辐射的两级分子配置(动态斯塔克位移)拥有永久的偶极矩的机制。
2011-06-11 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Intense widely-controlled terahertz radiation from laser-driven wires
本研究提出用强飞秒激光照射细金属丝产生沿丝表面传播的放电波以发射特性可控的强太赫兹辐射的方案,验证了其鲁棒性、通用性及数百分点的高转换效率,为太赫兹辐射的可控产生提供了新途径。
2022-10-27 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
THz radiation from two-colored lasers: Non-linear convection
在前向拉曼散射的背景下,分析了双色激光产生太赫兹波的非线性对流。从激光器到THz光的能量转移可以是有效的。估计所产生的太赫兹光的可能峰值强度,并估计最佳持续时间。
2020-03-04 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics