Phase-locked array of quantum cascade lasers with an intracavity spatial filter
对量子级联激光器阵列进行锁相是实现高功率输出和光束整形的有效途径。本文基于Talbot效应，提出了一种新型的具有集成空间滤波Talbot腔的中红外量子级联激光器锁相阵列。所有的阵列显示稳定的同相操作从阈值电流到全功率电流。该阵列器件的光束发散角小于单脊激光器的光束发散角。利用多缝夫琅禾费衍射模式解释了远场辐射分布，并给出了获得较好光束质量的解决方案。对于11激光器阵列器件，最大功率仅为单脊激光器的5倍，对于7激光器阵列器件，最大功率仅为单脊激光器的3倍。这种新型的锁相阵列具有很强的模式选择能力、简单的制作工艺以及获得更好的光束质量和更小的腔损耗的潜力，是获得高功率或光束整形的一种有希望的解决方案。
2016-12-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Phase-locked array of quantum cascade lasers with an integrated Talbot cavity
我们展示了一个锁相阵列的三个量子级联激光器与集成的塔尔博特腔在一侧的激光器阵列。这种耦合方案称为衍射耦合。通过将Talbot的长度控制为Talbot距离的四分之一（Zt/4），可以选择同相模式操作。从阈值电流到全功率电流，在不同的注入电流下，同相操作显示出很大的模式稳定性。同相操作的远场辐射图案包含三个瓣，一个中心最大瓣和两个旁瓣。相邻叶片之间的间隔约为10.5°。输出功率约为单脊激光器的1.5倍。进一步的研究工作还需要进一步提高Talbot腔的光束性能，降低集成Talbot腔带来的光损耗。
2016-12-17 cond-mat.mes-hall 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
Real-time multimode dynamics of terahertz quantum cascade lasers via intracavity self-detection: observation of self mode-locked population pulsations
太赫兹（THz）量子级联激光器（QCL）的锁模操作和多模不稳定性在过去十年中得到了广泛的研究。由于这些激光器的独特性质，特别是它们的超快增益介质，这些研究揭示了丰富的现象学。由于这一点，在QCL中，腔内场强度的调制引起粒子数反转的强烈调制，直接影响激光电流。在这项工作中，我们表明，这种属性可以用来研究多模太赫兹QCL的实时动态，使用自检测技术结合60 GHz的实时示波器。为了证明这种技术的潜力，我们研究了自由运行的4.2THz QCL，并观察到激光电流的自启动周期性调制，产生规则间隔的，~ 100 ps长的脉冲序列。取决于驱动电流，我们发现两个制度的振荡具有显着不同的属性：第一制度的基本重复率，其特征在于大幅度和相位噪声，具有几十个周期的相干时间;一个更有规律的二次谐波梳状制度，具有典型的相干时间约105个振荡周期。我们解释这些测量使用一组有效的半导体麦克斯韦-布洛赫方程，定性地再现激光动力学的基本特征，表明所观察到的载流子密度和光脉冲是反相的，并出现作为一个相当浅的调制顶部的连续波背景。由于其简单性和多功能性，演示的技术是一个强大的工具，在太赫兹QCL超快动力学的研究。
2021-09-24 physics.optics
On the Inhibition of Linear Absorption in Opaque Materials Using Phase-Locked Harmonic Generation
我们从理论上预测和实验证明抑制线性吸收的相位和群速度失配的二次和三次谐波产生强吸收材料，特别是GaAs，在吸收边以上的频率。调谐到1300nm的100 fs泵浦脉冲产生650nm和435nm的二次和三次谐波脉冲，这些脉冲在450微米厚的GaAs衬底上传播而不被吸收。我们将此归因于锁相机制，该机制使泵浦捕获谐波并使其色散特性给它们留下深刻印象。
2008-04-30 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
Short mode-locked pulses from planarized Y-coupled THz lasers
Quantum Optoelectronics Group, Institute of Quantum Electronics, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院量子电子学研究所）；John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院）；Institute of Physics and Center for Quantum Science and Engineering, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院物理系与量子科学与工程中心）；Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, CNR（意大利国家研究委员会光子学与纳米技术研究所）
该研究通过逆设计平面化Y耦合太赫兹量子级联激光器，实现片上相干短脉冲生成，产生2.3 ps短脉冲，带宽达500-700 GHz。
2026-02-07 physics.optics
Atmospheric dispersion management in the mid-IR mode-locked oscillators
本文揭示了中红外波段大气色散对超短脉冲激光器的重要影响，并以Cr:ZnS激光器为例，证明主动色散控制可补偿湿度波动，显著提升中红外少光学周期激光源的稳定性。
2022-12-01 physics.optics
Theory of self phase-locked optical parametric oscillators
本文用平均场近似解析地分析了含有闲频波ω的二次谐波发生器的3* ω =>（2* ω，ω）次谐波光学参量振荡器的平面波动力学，并考虑了介质内场的传播对平面波动力学的影响。共振Chi（2）：Chi（2）级联的二阶非线性引起信号波和闲频波的相互注入锁定，这导致泵浦波和次谐波的相干自锁相，从而冻结相位扩散噪声。在信号和闲频谐振器件的情况下，由于亚临界分叉，发生了很大程度上失谐的亚阈值状态，将自锁频率范围扩大到几个腔线宽。
2000-11-15 physics.optics
Continuous-wave coherent imaging with terahertz quantum cascade lasers using electro-optic harmonic sampling
我们展示了一个相干成像系统的基础上太赫兹（THz）频率的量子级联激光器（QCL）相位锁定到近红外飞秒激光梳。相位锁定，使相干电光采样的连续波辐射的QCL通过产生外差拍频信号。我们使用这个拍音信号演示光栅扫描相干成像使用QCL发射在2.5太赫兹。在该频率下，我们的系统的检测本底噪声为3 pW/Hz，并且长期相稳定性<3度/h，受到设备的机械稳定性的限制。
2013-04-11 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
Stable mode-locked pulses from mid-infrared semiconductor lasers
我们报道了半导体激光器中红外锁模脉冲的明确演示。通过主动调制边发射量子级联激光器（QCL）的一小段中的电流，从而调制光学增益，产生短脉冲的训练。利用基于非线性量子阱红外探测器的二阶干涉自相关技术，获得了脉宽约为3 ps、能量约为0.5pJ的脉冲。基于Maxwell-Bloch方程，在开放的二能级系统中对准分子激光器的锁模动力学进行了建模和模拟。我们预计我们的研究结果将是朝着紧凑的电泵浦源在中红外和太赫兹光谱范围内产生超短光脉冲迈出的重要一步。
2009-03-25 physics.optics
Coherence loss of partially mode-locked fiber laser
随机驱动的非线性过程限制了自然系统中放大模的数量，这是由于竞争模的相互作用，当增加系统的复杂性时，伴随着相干性的损失。具体地说，我们发现，调制不稳定性，表现出很大的波动时，它是自发增长的噪声在保守系统中，可能具有高度的相干性耗散激光系统的增益。非线性模式相互作用可以是竞争性的或合作性的：调整腔内偏振状态控制相干性损失的过程。单次激发光谱表明，光纤激光器通过参量不稳定性将能量从中心波长模重新分配到边带，然后通过级联四波混频填充纵模。参量频率转换以位置、强度和偏振的随机分布填充纵向模式，从而产生部分（而不是高度）相干脉冲。这些动力学为非线性激光系统中复杂斑图形成提供了一条新的途径。
2016-01-05 physics.optics
A delay differential eqution NOLM-NALM mode-locked laser model
建立了NOLM-NALM锁模激光器的延迟微分方程模型，该模型考虑了增益介质的有限弛豫速率和非线性镜环入口处的非对称分束。在大延迟极限下对连续波解进行的渐近线性稳定性分析表明，在B类激光器中，短波长调制不稳定性可以抑制导致倍周期级联和方波图样发展的翻转不稳定性。数值结果表明，该模型可以证明大窗口的规则的基本和谐波锁模制度与单脉冲和多个脉冲每腔往返时间不规则脉冲的域分开。
2021-07-08 nlin.PS physics.optics
Optimum stabilization of self-mode-locked quantum dash lasers using dual optical feedback with improved tolerance against phase delay mismatch
实验研究了在增益区单光反馈和双光反馈作用下，发射波长为~ 1.55 μ m，重复频率为~ 21 GHz的自锁模两区量子dash激光器在宽延迟调谐范围内的射频线宽和定时抖动。各种反馈条件进行了调查和最佳水平确定的最窄线宽和减少的单，双环路配置的定时抖动。我们表明，双环反馈，与较短的反馈腔调谐到完全谐振，其次是微调的相位较长的反馈腔，在最宽的延迟范围内，提供稳定的窄RF频谱，不像单环反馈。此外，对于双环路配置，在完全谐振条件下，集成时序抖动从3.9 ps降至295 fs [10 kHz-100 MHz]，RF线宽从100 kHz缩窄至< 1 kHz，基频边模抑制超过30 dB。我们表明，两个外腔的单独微调的双环路光反馈是远远优于单回路反馈，增加了系统对相位延迟失配的容忍度，使其成为一个强大的和具有成本效益的技术开发实用，可靠和低噪声的锁模激光器，光电振荡器和脉冲光子电路。
2017-05-24 physics.optics
Mode-locked ultrashort pulses from an 8 $μ$m wavelength semiconductor laser
量子级联激光器（QCL）彻底改变了中红外线的产生。然而，中红外QCL中的超快载流子输运问题一直是超短光脉冲形成的一个难以逾越的障碍。在这里，我们证明了仔细的量子设计的增益介质和控制的模间拍同步，使变换限制的皮秒脉冲从QCL频率梳。干涉射频技术和二阶自相关揭示了脉冲动力学，并确认锁模操作实现从阈值到翻转电流。锁模QCL是电泵浦的，结构紧凑，为6 $μ$ m波长以上的分子指纹区域的单片集成非线性光子学铺平了道路。
2020-03-09 physics.app-ph physics.optics
Femtosecond pulses from a mid-infrared quantum cascade laser
量子级联激光器（QCL）已经发展成为一种紧凑、强大的相干中红外（中IR）光源。然而，它的快速增益动力学强烈限制了超短脉冲的形成。因此，迄今为止报道的最短脉冲仅限于几皮秒，峰值功率约为数百毫瓦，大大缩小了它们在时间分辨和非线性实验中的适用性。在这里，我们展示了一种替代的方法，能够产生近变换限制的亚皮秒脉冲与几瓦的峰值功率。从最有效地利用有源区增益的调频锁相状态开始，通过外部脉冲压缩产生超短高峰值功率脉冲。我们通过一种新的光学采样方法，相干拍音干涉和干涉自相关来评估它们的时间性质。这些结果为中红外非线性物理开辟了新的途径。
2021-09-10 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
Fast Gain Dynamics in Interband Cascade Lasers
本研究针对带间级联激光器（ICL）被动锁模难以实现的问题，通过泵浦-探测测量发现其增益动力学约70%由2 ps快速恢复时间主导，解释了被动锁模失败的原因并提出突破局限的策略。
2024-05-16 physics.optics
Power scaling of high efficiency 1.5micron cascaded Raman fiber lasers
工作在1.5微米波长区域的高功率光纤激光器具有人眼安全和大气透明等吸引人的特性，级联拉曼光纤激光器提供了一种方便的方法来获得这些波长的高功率光源。然而，对功率缩放的限制是这些激光器的较低转换效率。我们最近介绍了一种适用于1.5微米光纤激光器的高效率高功率级联拉曼光纤激光器结构。在这里，我们展示了使用这种新架构的进一步功率扩展。使用数值模拟，我们确定了新架构的理想工作条件。我们展示了一个高效率的1480 nm级联拉曼光纤激光器的输出功率为301 W，相当于记录的功率水平与稀土掺杂的光纤激光器在1.5微米波长区域。
2013-07-15 physics.optics
Picosecond pulses from a mid-infrared interband cascade laser
在单片和电泵浦器件中产生中红外脉冲对于移动光谱仪器具有极大的兴趣。带间级联激光器（ICL）的增益动力学特性是实现低阈值锁模运转的有效途径。在这里，我们提出了确凿的证据产生皮秒脉冲ICLs通过主动锁模。在小调制功率下，ICL工作在线性啁啾频率梳状区，其特征在于强频率调制。在增加调制幅度时，啁啾减小，直到形成宽脉冲。仔细调谐的调制频率最大限度地减少剩余的啁啾，并导致产生3.2 ps的脉冲。
2019-06-30 physics.app-ph 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
Dissipative quadratic soliton mode-locked optical parametric oscillator
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）
本文提出通过被动模式锁连续波驱动的双共振退化OPO，利用自发形成的飞秒耗散二次孤子实现超快激光器的扩展，展示了非局部有效克里格非线性对腔体动态的影响，为耗散孤子形成提供了新方法。
2026-04-03 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
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
Tapered Fibre Fabry-Pérot Cavities for the Generation of Near-Visible, Phase-locked, and Broadband Kerr Frequency Combs
The University of Auckland（奥克兰大学）；The Dodd-Walls Centre for Photonic and Quantum Technologies（多德-沃尔斯光子与量子技术中心）
本文利用锥形光纤法布里-珀罗腔实现近可见宽带Kerr频率梳，通过几何色散工程克服正常色散并增强非线性，实验和数值展示了多种相位锁定孤子结构，为可见光频率梳提供新平台。
2026-09-29 nlin.PS physics.optics
Phase-locking in Multi-Frequency Brillouin Oscillator via Four Wave Mixing
受激布里渊散射（SBS）和克尔非线性四波混频（FWM）是光纤中最重要和最广泛研究的非线性效应之一。在高功率下，SBS可以级联产生由布里渊频移间隔开的多个斯托克斯波。在这里，我们研究复杂的非线性相互作用的级联斯托克斯波，产生在法布里-珀罗硫族化物光纤谐振腔通过SBS和FWM的联合行动。我们证明了存在的参数制度，其中泵和斯托克斯波达到锁相稳态。实时测量的40 ps脉冲与8 GHz的重复率，确认短期和长期的稳定性。数值模拟与实验定性一致，并显示了四波混频在泵浦波和斯托克斯波锁相中的重要作用。我们的研究结果可以应用于设计的新型皮秒脉冲源与GHz的重复频率的光通信系统。
2014-02-17 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
Planarized THz quantum cascade lasers for broadband coherent photonics
本研究提出一种基于双金属高限制波导与低损耗聚合物平面化的新型太赫兹集成光子平台，实现了宽带片上量子级联激光梳及主动锁模脉冲，验证了有源无源元件共集成能力。
2022-07-14 physics.app-ph physics.optics
A 3.5-THz, x6-Harmonic, Single-Ended Schottky Diode Mixer for Frequency Stabilization of Quantum-Cascade Lasers
高效、紧凑的频率转换器对于太赫兹源的频率稳定是必不可少的。在本文中，我们提出了一个3.5太赫兹，x6谐波，集成肖特基二极管混频器工作在室温下。所设计的频率转换器是基于一个单端，平面肖特基二极管与亚微米的阳极接触面积上的悬浮2- $μ$ m超薄GaAs衬底定义。直流接地阳极垫与射频E面探头相结合，形成了一个电气紧凑的电路。在200 MHz中频，测量到混频器转换损耗约为59 dB，锁相3.5 THz量子级联激光器的信噪比约为40 dB。利用准静态二极管模型结合电磁仿真，得到了与测量结果很好的一致。无需低温冷却的谐波变频器将有助于实现高灵敏度的空间和空中外差接收机。
2021-08-29 physics.ins-det physics.optics
Single-mode instability in standing-wave lasers: The quantum cascade laser as a self-pumped parametric oscillator
本文报道了在连续波法布里-珀罗量子级联激光器（QCL）中观察到的一个明显的单模不稳定阈值。的不稳定性的特征在于由几十个自由光谱范围（FSR）从第一激射模式分离的边带的外观，在泵浦电流不高于激射阈值。随着电流的增加，高阶边带出现，保持初始间距，并且光谱暗示谐波锁相波形。本文提出了一种适用于所有均匀展宽驻波激光器的不稳定性理论。低的不稳定性阈值和大的边带间距可以解释由一个未箝位的，非相干的洛伦兹增益由于人口光栅的组合，和相干的参数增益所造成的时间人口脉动，改变光谱增益线的形状。参数项抑制边带的增益，其间隔远小于倒数增益恢复时间，同时增强更远的边带的增益。与FSR相比，QCL的大增益恢复频率对于观察这种参数效应是必不可少的，这是多FSR边带分离的原因。我们预测，通过调整的强度的非相干增益的贡献，例如通过工程的模式重叠因子和载流子扩散，无论是振幅调制（AM）或频率调制的发射可以实现从QCL。我们提供的AM波形发射的QCL具有高度不对称的小面反射率的初步证据，从而打开了一个有前途的路线，超短脉冲产生中红外。总之，实验和理论阐明了光泵微谐振器中的参数振荡与激光器的单模不稳定性之间的深刻联系，将过去60年的文献联系在一起。
2017-11-01 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
Coherent Control of Mid-Infrared Frequency Comb by Optical Injection of Near-Infrared Light
本研究提出用低功率近红外激光照射QCL前端面作为光致动器，结合电流与强度调制实现中红外频率梳的相干锁相，突破电致动局限，可同时锁定两个自由度，为双梳光谱等需高光谱纯度的中红外应用提供新方案。
2023-05-15 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
Formation and annihilation of laser light pulse quanta in thermodynamic-like pathway
本文对被动锁模激光器中多脉冲的形成进行了理论和实验研究。根据统计力学的方法，研究产生了一个类似于“相图”的边界表示级联的一阶相变。它们对应于脉冲的突然产生或湮灭以及量化的RF功率行为，因为系统参数（噪声和/或泵浦水平）是变化的，与实验非常一致。值得注意的是，单个脉冲携带几乎恒定的能量量子。
2004-11-26 cond-mat.stat-mech physics.optics
Synchronization of Active Atomic Clocks via Quantum and Classical Channels
基于原子系综的超辐射激光器表现出超窄的光学跃迁，可以发出前所未有的光谱纯度的光，并可以用作有源原子钟。考虑两个频率失谐的有源原子钟，它们级联耦合，即作为主激光器和从激光器，并研究从原子钟与主时钟的同步。在两个原子系综耦合到共同腔模式的设置中，这样的同步现象已经由Xu等人[Phys.Rev.Lett. 113，154101（2014）]和Weiner等人[arXiv：1503.06464（2015）]实验观察到的。在这里，我们证明，同步仍然发生在级联设置，但表现出明显不同的相图。我们研究了同步的特点相比，通过一个共同的腔耦合的情况下。我们还考虑通过一个经典的通道同步，其中主激光器的光被测量相位敏感和从激光器的反馈注入锁定，并比较通过耦合通过量子信道实现的结果。
2016-09-01 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Chip-scale terahertz frequency combs through integrated intersubband polariton bleaching
量子级联激光器（QCL）代表了量子工程的一项令人着迷的成就，它可以从电偏置的半导体异质结构中直接产生太赫兹（THz）频率的辐射。它们的大光谱带宽、高输出功率和量子限制线宽使得通过腔内四波混频实现主动锁模和被动产生光学频率梳（FCs）的THz脉冲的实现变得容易，但操作条件受到限制。在这里，我们设想了一个集成的架构，用于产生高功率（10 mW）太赫兹FC包括超快太赫兹极化激元反射器，利用子带间腔极化激元，和宽带（2.3-3.8太赫兹）异质太赫兹QCL。量子级联激光器（QCL）代表了量子工程的一项令人着迷的成就，它可以从电偏置的半导体异质结构中直接产生太赫兹（THz）频率的辐射。通过调整群延迟色散在一个完整的几何形状，通过利用光诱导漂白的子带间的太赫兹极化激元，我们展示了光谱整形的QCL发射和稳定的FC操作的操作动态范围高达38%，其特征在于一个单一的和狭窄的（下至700 Hz）的模间拍音。我们的概念为基于超快极化激元动力学的新一代紧凑型，高性价比，电驱动芯片级FC源提供了设计指南，为产生锁模THz微激光器铺平了道路，这将对超快科学，数据存储，高速通信和光谱学的广泛应用产生重大影响。
2021-05-17 physics.optics
Semiconductor ring laser frequency combs induced by phase turbulence
半导体环形激光器是一种小型化的器件，可按顺时针和逆时针模式工作。在没有腔内反射器的情况下，这些模式不耦合，这防止在腔中形成驻波，并因此防止形成粒子数反转光栅。这将抑制由空间烧孔驱动的多模发射的开始。在这里，我们表明，尽管有这个概念，环形量子级联激光器固有地工作在锁相多模状态，开关的泵浦水平逐渐增加。通过用复Ginzburg-Landau方程的形式重写具有快增益介质的激光器的主方程，我们表明环形频率梳源于相位不稳定性-一种在超导体和玻色-爱因斯坦凝聚体中也已知的现象。这种不稳定性是由于半导体激光器中光场的振幅和相位调制的耦合引起的，其起到克尔非线性的作用，突出了激光器和微谐振器频率梳之间的联系。
2019-09-17 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
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
Absolute Length Sensing in a Long-Baseline, High-Finesse Optical Cavity
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）
利用两束激光通过光学腔的相对相位，实现亚微米精度的绝对腔长测量，并应用于123米长的高精细度腔，将其转化为应变仪，有效灵敏度达10^{-10}–10^{-9} m/m。
2026-07-17 physics.geo-ph physics.optics
Laser-induced frequency tuning of Fourier-limited single-molecule emitters
有机固体中电荷与光的局域相互作用是产生独特和基本效应的基础。我们在这里观察到，在单分子尺度上，如何聚焦激光束可以局部移动数百倍的自然线宽和持久的方式的有机发色团的跃迁频率，在液氦温度下冷却在不同的主机矩阵。通过量子化学计算，将结果解释为光电离级联效应，导致稳定的电场，使分子电子能级发生斯塔克位移。实验方法，然后应用到一个共同的挑战，在量子光子学，即独立调谐和同步的近距离量子发射，这是多光子实验所需要的。五个分子在空间上相隔约50微米，最初相隔20 GHz，在其线宽的两倍内产生共振。将这种能力与仅受自发衰变限制的发射线宽相结合，该系统能够实现集成在同一光子芯片上的多个分子的免制造、独立调谐。
2020-05-25 physics.optics quant-ph
Phase analysis and full phase control of chip-scale infrared frequency combs
实现量子级联激光器（QCL）频率梳的途径（QCL-combs）无疑吸引了科学界的普遍关注，因为这些设备承诺提供一体化的（即单个微型有源器件）频率梳（FC）合成器，其范围与QCL频谱覆盖范围本身一样宽（从大约4微米到THz范围），具有通过能带结构工程定制其光谱发射的独特可能性。由于这些原因，已经花费了大量的努力来表征四波混频多频器件的发射，旨在抓住它们的功能机制。然而，到目前为止，所有报道的研究都集中在自由运行的QCL梳，回避了将FC变成有用的搜索工具的基本成分。我们首次将锁模多频QCL发射器与完全相位稳定和两个FC自由度的独立控制相结合。同时，我们还介绍了用于测量和同步监测QCL梳状模的傅里叶相位的梳状发射傅里叶变换分析（FACE）技术。定制发射，小型化，电驱动，中红外/太赫兹覆盖，完全稳定和完全控制的QCL梳的演示最终使这项技术能够用于计量级应用，引发了新的科学飞跃，影响了从日常生活到前沿研究的多个领域。
2020-04-03 physics.ins-det physics.optics
Broadband quantum-dot frequency-modulated comb laser
报告了一种60 GHz量子点锁模激光器，通过高四波混频效率和Kerr非线性调控，无需群速度色散工程即可实现2.2 THz带宽的频率调制梳，为硅光子集成电路提供了小型化、电泵浦和节能的频率梳解决方案。
2023-06-27 physics.app-ph physics.optics
Multicascade-linked synthetic wavelength digital holography using an optical-comb-referenced frequency synthesizer
数字全息术（DH）是一种很有前途的非接触表面形貌测量方法，因为它可以再现样品中的纳米级不均匀性。然而，由于相位包络模糊，该方法的轴向范围限于光波长的范围。尽管使用两种不同波长的光和所得到的合成波长，即，合成波长DH，可以将轴向范围扩展到几十微米，这种方法仍然不足以用于实际应用。本文利用锁相于光学频率梳的可调谐外腔激光二极管，即光梳参考频率合成器，有效地实现了32 μ m ~ 1.20 μ m范围内的多波长合成。在一个光波长（= 1.520 μ m）和5个不同合成波长（= 32.39 μ m、99.98 μ m、400.0 μ m、1003 μ m和4021 μ m）之间的相位图像的多重级联链路使得能够以34 nm的轴向分辨率测量反射毫米级台阶表面的形状。轴向动态范围（定义为最大轴向范围（= 0.60 m）与轴向分辨率（= 34 nm）的比率）达到1.7*10^8，这比先前的合成波长DH大得多。如此宽的轴向动态范围能力将进一步扩展DH的应用领域，用于具有米尺寸的大型物体。
2018-07-27 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Long-term stable laser injection locking for quasi-CW applications
Physikalisches Institut and Center for Integrated Quantum Science and Technology, Eberhard Karls Universität Tübingen（蒂宾根大学物理研究所与集成量子科学与技术中心）
提出一种普遍适用、低成本且易于实现的被动稳定方案，通过外部同步自动获取最佳注入状态并周期性重新锁定以管理热化效应，实现准连续应用中激光二极管的长期稳定注入锁定，并在671 nm、401 nm、461 nm和689 nm波长上验证了其有效性。
2026-09-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
