基于光学参考的高稳定度便携式飞秒光梳的研究与制备

Femtosecond optical frequency comb is one of the most revolutionary inventions in scientific development in 21st century. The realization of frequency combs is a revolutionary breakthrough in precision measurements. Today’s frequency combs support a range of applications, such as military, space science, and especially, telecom industry. Traditional comb stabilization method relies on high quality RF references to ensure high stability in the optical frequency domain. The complex and expensive comb systems are difficult to be adopted by telecom industry because they are too costly, and not truly portable. With the goal of developing compact portable optical frequency comb with high stability and accuracy, we propose to combine portable optical references with optical fiber laser frequency comb. Our method is based on replacing traditional RF reference by two gas-filled hollow-core photonic crystal fiber (HC-PCF) optical references for directly stabilizing two individual comb teeth. One advantage of this method is that the high stability and accuracy of the optical references can be directly transferred to the optical comb teeth. In addition, this method eliminates the need for the generation and stabilization of the carrier-envelope offset frequency. Therefore, the comb system can be significantly simplified. Our method provides new insights of developing portable frequency combs for applications in telecom industry.

飞秒光学频率梳是二十一世纪最具有革命性的科技进展之一。它的发现为精密测量带来了前所未有的革命，在工业、军事、航空航天等诸多通信领域有着巨大的应用前景。传统的光梳稳频方案依赖于高精度高稳定性的射频参考，结构复杂且价格昂贵，限制了光梳更广泛的商业应用价值。为了研制结构紧凑的便携式高精度光学频率梳，本项目提出以光纤激光与光学参考锁频方法相结合的研究方案。本方案利用充气光子晶体光纤的便携式光学参考代替传统的射频参考，直接将光梳梳齿稳频至该光学参考，实现光学参考的高精准度和高稳定度到光梳光学频率的直接传递。同时，由于该方案无需产生载波包络偏移频率信号，大大简化了光梳系统，为通信波段便携式光梳的研发提供新的思路。

飞秒光学频率梳是二十一世纪最具有革命性的科技进展之一。它的发现为精密测量带来了前所未有的革命，在工业、军事、航空航天等诸多通信领域有着巨大的应用前景。传统的光梳稳频方案依赖于高精度高稳定性的射频参考，结构复杂且价格昂贵，限制了光梳更广泛的商业应用价值。在该背景下，本项目面向发展结构紧凑的便携式高精度光学频率梳开展相关工作。项目提出以光纤激光与光学参考锁频方法相结合的研究方案，利用充气光子晶体光纤的便携式光学参考代替传统的射频参考，直接将光梳梳齿稳频至该光学参考，实现光学参考的高精准度和高稳定度到光梳光学频率的直接传递。本项目执行期内在充气光纤真空腔的系统设计与搭建、光纤激光器的制备、电子反馈系统的搭建，以及基于空芯光子晶体光纤的光纤传感方面取得了若干进展。项目负责人及成员自主设计了一套光纤与真空腔对接、且允许腔外的光路耦合到光纤内部的真空腔系统，并搭建成了一套饱和吸收谱探测的实验装置；完成了三套光纤锁模激光器及放大器的制备，并实现了重复频率、及拍频信号锁定至铷钟的电子反馈系统，并获得初步的频率稳定性测试、以及气体吸收谱的探测结果。除此之外，项目负责人及成员提出了多种创新方案，利用空芯光子晶体光纤制成测量温度、折射率、气压的高灵敏度光纤传感器。以上成果为通信波段便携式光梳的研发提供新的思路，为推动相关技术在工业、军事等领域的应用提供了重要的理论基础和实验依据。