Les pintes de freqüència òptica d'alta potència tenen un paper molt important en l'espectroscòpia de precisió no lineal, la generació de pintes de freqüència òptica ultraviolada extrema, la investigació del rellotge nuclear i atòmic, etc. Els làsers de femtosegons de fibra són la solució preferida per realitzar pintes de freqüència òptica d'alta potència a causa dels avantatges. d'estructura simple, rendiment estable i fàcil amplificació. Tanmateix, a causa del soroll inevitable d'emissió espontània (ASE), el soroll d'intensitat de la bomba, la degradació de la coherència espectral i la fluctuació de fase causada pel camí de la llum en l'amplificació làser de fibra, l'estabilitat de freqüència de la pinta òptica es veu greument afectada. Per tant, és una tasca difícil obtenir estabilitat d'alta freqüència mentre s'amplifica d'alta potència.
Per abordar els problemes anteriors, basant-se en la investigació a llarg termini de la tecnologia del pentinat de freqüència òptica, el grup L07 del Laboratori Clau de Física Òptica, Institut de Física, Acadèmia Xinesa de Ciències/Centre Nacional de Recerca de Física de la Matèria Condensada de Beijing, ha presentat successivament les solucions tècniques d'adoptar la font de llavor de fibra òptica de baix soroll, l'amplificació lineal de pols xip i la modulació de fase ràpida de cristall electro-òptic intracavitat, etc., i generar l'espectre de supercontinu d'alta coherència mitjançant la fibra de cristall fotònic del con d'estirament i combinant-se amb El disseny estructural integrat, el control de temperatura, l'aïllament de vibracions i altres dissenys d'enginyeria han reduït eficaçment el soroll de la pinta de freqüència òptica. Recentment, Hainian Han, investigador associat del grup, i Xiaodong Shao, becari postdoctoral, han aconseguit encara més una estabilitat de freqüència fora de l'anell de l'ordre de 10-19/1000s amb una potència mitjana alta de 20 W. pinta de freqüència de fibra òptica. Se sap que això ha arribat a l'estabilitat de freqüència dels millors rellotges atòmics òptics actuals, i també és el resultat òptim assolit per les pintes de freqüència òptica d'alta potència fins ara. La figura 1 mostra el diagrama esquemàtic dels dos prototips idèntics d'enginyeria de pinta de fibra òptica d'alta potència desenvolupats i la comparació de pinta òptica doble extra-anular per mesurar l'estabilitat de la freqüència.
En l'estudi es va utilitzar un oscil·lador làser de fibra de fibra polaritzada no linealment polaritzada i bloquejat en mode rotacional (NPR) com a font de pols de llavors de femtosegundo a l'estudi, i una sortida làser de femtosegon d'alta potència amb una potència mitjana superior a 20 W i una amplada de pols de 75 fs es va obtenir després de l'amplificació de pols xirpat de fibra lineal (CPA). L'estabilitat de freqüència bloquejada de la freqüència de canvi de fase de l'envolupant de la portadora (CEO) és d'1,5 × 10-17/s. En el bloqueig de freqüència òptica, els polsos de femtosegons sortits de diferents branques de l'oscil·lador i l'amplificador s'aprofiten amb el làser de referència súper estable per separat, i si el senyal de presa de l'amplificador s'utilitza per al bloqueig, l'estabilitat de freqüència mesurada de l'alta potència. l'anell làser amplificat pot arribar a 2×10-18/s, mentre que en el cas només del CPA, l'estabilitat de freqüència pot arribar a 2×10-18/s, i en el cas només del CPA, la freqüència l'estabilitat pot arribar a 2×10-18/s. -18/s, mentre que en el cas de bloquejar només la sortida del pols de femtosegon de l'oscil·lador, si es permet que l'amplificador funcioni lliurement, l'estabilitat de freqüència només pot arribar a 10-15/s, que és de tres ordres. de magnitud pitjor. L'anàlisi de l'espectre de potència del soroll mostra que l'amplificador introdueix una gran quantitat de soroll de baixa freqüència, que té un efecte significatiu en l'estabilitat a llarg termini de la freqüència del pentinat de la freqüència òptica, i la diferència és fins i tot de quatre ordres de magnitud a un temps de porta de 1000 s, com es mostra a la figura 2 (a). A més, els resultats de l'anàlisi del soroll de fase, que caracteritza l'estabilitat a curt termini de la freqüència, també mostren que després d'una sèrie de mesures de control del soroll, el soroll d'alta freqüència introduït per l'amplificador és molt petit i no afecta el estabilitat a curt termini del sistema.
Per avaluar el rendiment d'estabilitat de freqüència d'aquesta pinta de freqüència òptica d'alta potència mitjana en aplicacions pràctiques, es mesuren per primera vegada en aquest estudi dues pintes de freqüència làser de fibra d'alta potència de 20 W. Els resultats de la mesura mostren que el valor d'estabilitat típic de la freqüència fora de l'anell és de 4,35×10-17/s a 1 s de temps d'integració i disminueix a 6,54×10-19 a 1000 s de temps d'integració, ja que es mostra a la figura 2 (b), que obrirà noves portes per a moltes aplicacions que requereixen una gran potència i estabilitat d'alta freqüència de les pintes òptiques. Aquest progrés de la investigació es va publicar recentment a Optics Express amb el títol "Pina de freqüència òptica d'alta potència amb inestabilitat de freqüència 10-19" (Opt. Express 31(20)). (Optics Express 31(20), 32813-32823 (2023)). El primer autor de l'article és Xiaodong Shao, i els co-supervisors són Zhiyi Wei i Hainian Han. Aquest treball va comptar amb el suport del Programa Pilot de l'Acadèmia Xinesa de Ciències (XDA1502040404, XDB210104004) i la National Natural Science Foundation of China (60808007, 61378040, 11078022, 91850209).
Una pinta de freqüència de fibra òptica d'alta potència de 20 W amb estabilitat de freqüència extra-anular de 10-19è ordre.
Fig. 1 (a) Fotografia del prototip de principi d'enginyeria de la pinta òptica de fibra òptica d'alta potència, (b) Diagrama esquemàtic de la mesura de l'estabilitat de freqüència extra-anell de la pinta de freqüència òptica d'alta potència
Fig. 2 (a) Estabilitat de freqüència de l'oscil·lador i l'amplificador bloquejats per separat, (b) Estabilitat de la freqüència del pentinat de freqüència òptica d'alta potència amb comparació fora de l'anell
