光纤飞秒光学频率梳的研制及绝对光学频率测量

孟飞; 曹士英; 蔡岳; 王贵重; 曹建平; 李天初; 方占军

doi:10.7498/aps.60.100601

摘要

实验利用商品光纤飞秒激光器,自行构建了一套完整的光学频率梳系统,并获得了约30 dB信噪比的系统频移(fceo)信号.实现了光频梳重复频率(frep)信号及系统频移(fceo)信号的高稳定度锁定,并通过实验验证了光频梳锁定的跟踪精度.基于此稳定光频梳完成了对1064 nm碘稳频Nd:YAG固体激光器的绝对频率测量.实验结果表明,frep的跟踪精度在100 s取样时间时优于3.710-14,测量得到的1064 nm激光器绝对频率为:281630111757362 Hz.这一测量结果与国际计量委员会(CIPM)给出的国际推荐值符合到不确定度之内.

关键词:

Abstract

An optical frequency comb is built by using a commercial femtosecond laser and signal-noise (S/N) ratio of the fceo signal is obtained to be about 30 dB. Its repetition rate frequency and offset frequency are highly stable and the tracking stability is verified. An absolute frequency measurement of a 1064 nm Nd: YAG laser is realized by using this stabilized optical frequency comb. The tracking stability of the repetition rate frequency is superior to 3.710-14 at 100 s and the absolute frequency of the laser is 281630111757362 Hz. The experimental result is in accordance with the recommended value by International Committee of Weights Measures(CIPM).

Keywords:

作者及机构信息

1.
北京大学信息科学技术学院,量子电子学研究所,北京 100871;

2.
中国计量科学研究院,信息与电子计量科学和测量技术研究所,北京 100013

基金项目: 国家重大科学研究计划(批准号:2010CB922902)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Istitute of Quantum Electronics, School of Electromnics Engineering and Computer Science, Peking University, Beijing 100871,China;

2.
Division of Electronics and Information Technology, National Institute of Metrology, Beijing 100013, China

参考文献

[1]	Udem Th, Reichert J, Holzwarth R,Haensch T W 1999 Phys. Rev. Lett. 82 3568
[2]
[3]	Nicolas Schuhler, Yves Salvad, Samuel Lvque, Ren Dndliker, Ronald Holzwarth 2006 Optics Letters 31 issue 21, 3101-3103
[4]	Li C H, Benedick A J, Fendel P, Glenday A G, Krtner F X, Phillips D F, Sasselov D, Szentgyorgyi A, Walsworth R L 2008 Nature 452 610
[5]
[6]	Florian Adler, Konstantinos Moutzouris, Alfred Leitenstorfer, Harald Schnatz, Burghard Lipphardt, Gesine Grosche, Florian Tauser 2004 Optics Express 12 5782
[7]
[8]
[9]	Ryu H Y, Lee S H, Lee W K, Moon H S, Suh H S 2008 Opt. Express 3 2867
[10]
[11]	Hu M L, Wang Q Y, Wang Z, Li Y F, Wang Z, Zhang Z G, Chai L, Zhang R B 2004 Acta Phys. Sin. 53 4243 (in Chinese)[胡名列、王清月、王专、栗岩峰、王专、张志刚、柴路、章若冰 2004 物理学报 53 4243]
[12]
[13]	Cao S Y, Cai Y, Wang G Z, Meng F, Zhang Z G, Fang Z J, Li T C 2010 Acta Phys. Sin. 60 073401(in Chinese) [曹士英、蔡岳、王贵重、孟飞、张志刚、方占军、李天初 2011 物理学报 60 073401]
[14]
[15]	Peng J L, Ahn H, Shu R H,Chui H C,Nicholson J W 2007 Appl. Phys. B 86 49
[16]
[17]	Jiang Y Y, Bi Z Y, L Robertsson, Ma L S 2005 Metrologia 42 304
[18]
[19]	Telle H R,Steinmeyer G,Dunlop A E, Stenger J,Sutter D H,Keller u 1999 Appl.Phys.B Lasers Opt.69 327
[20]
[21]	Fang Z J, Wang Q, Wang M M, Meng F, Lin B K, Li T C 2007 Acta Phys. Sin. 56 10(in Chinese) [方占军、王强、王民明、孟飞、林百科、李天初 2007 物理学报 56 10]
[22]
[23]	Washburn B R, Fox R W, Newbury N R, Nicholson J W, Feder K, Westbrook P S, Jrgensen C G 2004 Optics Express 12 4999
[24]
[25]	Knight J C,Birks T A,Russell P St J,Atkin D M l996 Opt.Leu.19 1547
[26]	T M Fortier, A Bartels, S A Diddams 2006 Optics Letters 31 1011
[27]
[28]	Strickland D, Mourou G 1985 Opt. Comm. 56 219
[29]
[30]	Han H N, Zhang W, Wang P, Li D H, Wei Z Y,Shen N C, Nie Y X, Gao Y P,Zhang S G,Li S Q 2005 Acta Phys. Sin. 54 5(in Chinese)[韩海年、张炜、王鹏、李德华、魏志义、沈乃澈、聂玉昕、高玉平、张首钢、李师群 2005 物理学报 54 5]
[31]
[32]	Benkler E, Telle H R, Zach A, Tauser F 2005 Opt. Express 13 5662
[33]
[34]
[35]	Zang E J,Cao J P, Li C Y, Li Y 2004 China Laser 31 931(in Chinese)[臧二军、曹建平、李成阳、李烨 2004 中国激光 31 931]

施引文献

[1]	Udem Th, Reichert J, Holzwarth R,Haensch T W 1999 Phys. Rev. Lett. 82 3568
[2]
[3]	Nicolas Schuhler, Yves Salvad, Samuel Lvque, Ren Dndliker, Ronald Holzwarth 2006 Optics Letters 31 issue 21, 3101-3103
[4]	Li C H, Benedick A J, Fendel P, Glenday A G, Krtner F X, Phillips D F, Sasselov D, Szentgyorgyi A, Walsworth R L 2008 Nature 452 610
[5]
[6]	Florian Adler, Konstantinos Moutzouris, Alfred Leitenstorfer, Harald Schnatz, Burghard Lipphardt, Gesine Grosche, Florian Tauser 2004 Optics Express 12 5782
[7]
[8]
[9]	Ryu H Y, Lee S H, Lee W K, Moon H S, Suh H S 2008 Opt. Express 3 2867
[10]
[11]	Hu M L, Wang Q Y, Wang Z, Li Y F, Wang Z, Zhang Z G, Chai L, Zhang R B 2004 Acta Phys. Sin. 53 4243 (in Chinese)[胡名列、王清月、王专、栗岩峰、王专、张志刚、柴路、章若冰 2004 物理学报 53 4243]
[12]
[13]	Cao S Y, Cai Y, Wang G Z, Meng F, Zhang Z G, Fang Z J, Li T C 2010 Acta Phys. Sin. 60 073401(in Chinese) [曹士英、蔡岳、王贵重、孟飞、张志刚、方占军、李天初 2011 物理学报 60 073401]
[14]
[15]	Peng J L, Ahn H, Shu R H,Chui H C,Nicholson J W 2007 Appl. Phys. B 86 49
[16]
[17]	Jiang Y Y, Bi Z Y, L Robertsson, Ma L S 2005 Metrologia 42 304
[18]
[19]	Telle H R,Steinmeyer G,Dunlop A E, Stenger J,Sutter D H,Keller u 1999 Appl.Phys.B Lasers Opt.69 327
[20]
[21]	Fang Z J, Wang Q, Wang M M, Meng F, Lin B K, Li T C 2007 Acta Phys. Sin. 56 10(in Chinese) [方占军、王强、王民明、孟飞、林百科、李天初 2007 物理学报 56 10]
[22]
[23]	Washburn B R, Fox R W, Newbury N R, Nicholson J W, Feder K, Westbrook P S, Jrgensen C G 2004 Optics Express 12 4999
[24]
[25]	Knight J C,Birks T A,Russell P St J,Atkin D M l996 Opt.Leu.19 1547
[26]	T M Fortier, A Bartels, S A Diddams 2006 Optics Letters 31 1011
[27]
[28]	Strickland D, Mourou G 1985 Opt. Comm. 56 219
[29]
[30]	Han H N, Zhang W, Wang P, Li D H, Wei Z Y,Shen N C, Nie Y X, Gao Y P,Zhang S G,Li S Q 2005 Acta Phys. Sin. 54 5(in Chinese)[韩海年、张炜、王鹏、李德华、魏志义、沈乃澈、聂玉昕、高玉平、张首钢、李师群 2005 物理学报 54 5]
[31]
[32]	Benkler E, Telle H R, Zach A, Tauser F 2005 Opt. Express 13 5662
[33]
[34]
[35]	Zang E J,Cao J P, Li C Y, Li Y 2004 China Laser 31 931(in Chinese)[臧二军、曹建平、李成阳、李烨 2004 中国激光 31 931]

[1]	郭状, 欧阳峰, 卢志舟, 王梦宇, 谭庆贵, 谢成峰, 魏斌, 何兴道. 氟化镁微瓶腔光频梳光谱分析及优化. 物理学报, 2024, 73(3): 034202. doi: 10.7498/aps.73.20231126
[2]	胡小华, 卢晓同, 张晓斐, 常宏. 基于原位成像技术的同步频率比对与密度频移测量. 物理学报, 2022, 71(17): 173401. doi: 10.7498/aps.71.20220600
[3]	梁旭, 林嘉睿, 吴腾飞, 赵晖, 邾继贵. 重复频率倍增光频梳时域互相关绝对测距. 物理学报, 2022, 71(9): 090602. doi: 10.7498/aps.71.20212073
[4]	王凯楠, 程冰, 周寅, 陈佩军, 朱栋, 翁堪兴, 王河林, 彭树萍, 王肖隆, 吴彬, 林强. 基于1560 nm外腔式激光器的拉曼光锁相技术. 物理学报, 2021, 70(17): 170303. doi: 10.7498/aps.70.20210432
[5]	赵显宇, 曲兴华, 陈嘉伟, 郑继辉, 王金栋, 张福民. 一种基于电光调制光频梳光谱干涉的绝对测距方法. 物理学报, 2020, 69(9): 090601. doi: 10.7498/aps.69.20200081
[6]	张伟鹏, 杨宏雷, 陈馨怡, 尉昊赟, 李岩. 光频链接的双光梳气体吸收光谱测量. 物理学报, 2018, 67(9): 090701. doi: 10.7498/aps.67.20180150
[7]	马金栋, 吴浩煜, 路桥, 马挺, 时雷, 孙青, 毛庆和. 基于飞秒锁模光纤激光脉冲基频光的差频产生红外光梳. 物理学报, 2018, 67(9): 094207. doi: 10.7498/aps.67.20172503
[8]	谭巍, 邱晓东, 赵刚, 侯佳佳, 贾梦源, 闫晓娟, 马维光, 张雷, 董磊, 尹王保, 肖连团, 贾锁堂. 高效频率转换下双波长外腔共振和频技术研究. 物理学报, 2016, 65(7): 074202. doi: 10.7498/aps.65.074202
[9]	马昕, 龚威, 马盈盈, 傅东伟, 韩舸, 相成志. 基于匹配算法的脉冲差分吸收CO2激光雷达的稳频研究. 物理学报, 2015, 64(15): 154215. doi: 10.7498/aps.64.154215
[10]	侯磊, 韩海年, 张龙, 张金伟, 李德华, 魏志义. 243 nm稳频窄线宽半导体激光器. 物理学报, 2015, 64(13): 134205. doi: 10.7498/aps.64.134205
[11]	刘欢, 巩马理, 曹士英, 林百科, 方占军. 303MHz高重复频率掺Er光纤飞秒激光器. 物理学报, 2015, 64(11): 114210. doi: 10.7498/aps.64.114210
[12]	刘欢, 曹士英, 孟飞, 林百科, 方占军. 覆盖可见光波长的掺Er光纤飞秒光学频率梳. 物理学报, 2015, 64(9): 094204. doi: 10.7498/aps.64.094204
[13]	朱敏昊, 吴学健, 尉昊赟, 张丽琼, 张继涛, 李岩. 基于飞秒光频梳的压电陶瓷闭环位移控制系统. 物理学报, 2013, 62(7): 070702. doi: 10.7498/aps.62.070702
[14]	邢书剑, 张福民, 曹士英, 王高文, 曲兴华. 飞秒光频梳的任意长绝对测距. 物理学报, 2013, 62(17): 170603. doi: 10.7498/aps.62.170603
[15]	吴学健, 尉昊赟, 朱敏昊, 张继涛, 李岩. 基于飞秒光频梳的双频He-Ne激光器频率测量. 物理学报, 2012, 61(18): 180601. doi: 10.7498/aps.61.180601
[16]	曹士英, 孟飞, 方占军, 李天初. 掺Er光纤飞秒激光器中高信噪比载波包络位相偏移频率获取的实验研究. 物理学报, 2012, 61(6): 064208. doi: 10.7498/aps.61.064208
[17]	曹士英, 孟飞, 林百科, 方占军, 李天初. 长时间精密锁定的掺Er光纤飞秒光学频率梳. 物理学报, 2012, 61(13): 134205. doi: 10.7498/aps.61.134205
[18]	曹士英, 蔡岳, 王贵重, 孟飞, 张志刚, 方占军, 李天初. 掺Er光纤飞秒激光器载波包络位相偏移的探测. 物理学报, 2011, 60(9): 094208. doi: 10.7498/aps.60.094208
[19]	曹士英, 方占军, 孟飞, 王强, 李天初. 双路光谱展宽的钛宝石飞秒光学频率梳系统. 物理学报, 2011, 60(8): 080601. doi: 10.7498/aps.60.080601
[20]	方占军, 王强, 王民明, 孟飞, 林百科, 李天初. 飞秒光梳和碘稳频532nm Nd:YAG激光频率的测量. 物理学报, 2007, 56(10): 5684-5690. doi: 10.7498/aps.56.5684

计量

文章访问数: 14095
PDF下载量: 2300
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板