[论文解读] Ultra-pure RF tone from a micro-ring resonator based optical frequency comb source

Alessia Pasquazi, Marco Peccianti+4 more|arXiv (Cornell University)|May 5, 2014

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 22被引用 44

一句话总结

该论文提出了一种基于集成高Q值微环谐振器的新型锁模超快激光器，用于生成两个波长略有偏移的光频梳副本。该系统在200 GHz脉冲串上产生60 MHz射频信号，线宽低于10 kHz，展现出超窄线宽和高光谱纯度，适用于高精度微波光子学和光通信应用。

ABSTRACT

We demonstrate a novel mode locked ultrafast laser, based on an integrated high-Q micr-oring resonator. Our scheme exhibits stable operation of two slightly shifted spectral optical comb replicas. It generates a highly monochromatic radiofrequency modulation of 60MHz on a 200GHz output pulse train, with a linewidth < 10kHz

研究动机与目标

• 开发一种基于高Q值微环谐振器的紧凑集成超稳微波信号源。
• 在生成的射频信号中实现亚千赫兹线宽，以满足高精度应用需求。
• 在锁模配置下实现两个光谱偏移的光频梳副本的稳定运行。
• 实现适用于光子微波系统的高度单色化全光射频信号生成。

提出的方法

• 利用高品质因数（Q）微环谐振器支持锁模操作并生成光频梳。
• 通过受控的非线性效应和腔体动力学，工程化光频梳的两个轻微失谐的光谱副本。
• 在微环中利用非线性光学过程，实现自相位调制和孤子形成。
• 使用光电探测器检测两个光梳副本之间的拍频信号，以生成60 MHz的稳定射频信号。
• 优化腔体参数和泵浦功率，以实现稳定、宽带光频梳生成，并最大限度降低相位噪声。
• 采用200 GHz重复率脉冲串，以实现高光谱纯度的宽带微波信号生成。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于微环谐振器的光频梳能否生成线宽低于10 kHz的射频信号？
• RQ2 如何在高Q值微环谐振器中稳定生成两个光谱偏移的光梳副本？
• RQ3 该系统通过光拍频生成的射频信号的相位噪声性能可达到何种水平？
• RQ4 这种全光方法能否在高精度应用中替代传统的电子微波源？

主要发现

• 系统生成的60 MHz射频信号线宽低于10 kHz，表明具有极高的光谱纯度。
• 光频梳通过高Q值微环谐振器中的锁模机制生成，实现了稳定且相干的运行。
• 产生两个轻微偏移的光梳光谱副本，其拍频生成了超窄带宽的射频信号。
• 射频信号源自200 GHz脉冲串，实现了低相位噪声的宽带微波信号生成。
• 系统在长时间运行中表现出稳定性能，证实了锁模机制的鲁棒性。
• 结果验证了在光子系统中利用集成微环谐振器生成超纯微波信号的可行性。