蘇州納米所梁偉研究員合作發(fā)表Optica論文：用于高精度測距和光譜測量的低噪聲緊湊型雙光梳
雙光梳可以用于高精度的測距和光譜學(xué)測量。傳統(tǒng)雙光梳多采用光纖光頻梳作為光源，尺寸體積都很大?；?/span>克爾效應(yīng)的微腔光頻梳近年來獲得了廣泛研究，在高精度距離測量和光譜測量中都有重大的應(yīng)用價值。過去研究中微腔光梳多采用光纖激光泵浦，需要復(fù)雜的頻率掃描和鎖定實現(xiàn)單孤子光梳，難以投入實用。針對這一困難，科研團(tuán)隊成功研制出一種硬幣大小、蝶形封裝的緊湊型克爾頻率梳器件。其核心創(chuàng)新在于采用自注入鎖定技術(shù)，將分布式反饋激光器與一個高品質(zhì)因數(shù)、大模場面積的光纖法布里-珀羅諧振腔集成。這種設(shè)計無需復(fù)雜的外部主動反饋控制系統(tǒng)，即可實現(xiàn)超低相位噪聲和長期頻率穩(wěn)定度。
圖. 緊湊型低噪聲微腔光頻梳器件架構(gòu)及其雙光梳應(yīng)用。（a）用于高精度測量的低噪聲雙微腔光頻梳系統(tǒng)概覽。兩個獨立器件分別產(chǎn)生探測光梳和參考光梳，通過高度相干的雙光梳外差技術(shù)實現(xiàn)精密測距與光譜測量。光纖法布里-珀羅諧振腔（FFPR）既作為自注入鎖定所需的高Q值諧振腔，又是產(chǎn)生克爾光學(xué)頻率梳的主要介質(zhì)。（b）分布式反饋激光器（DFB）輸出的光進(jìn)入高Q值FFPR后，通過自注入鎖定，DFB激光器可被穩(wěn)定并鎖定在諧振頻率上，從而產(chǎn)生克爾光頻梳。插圖為內(nèi)部設(shè)計示意圖，左下角圖片展示了采用蝶形封裝的緊湊型FFPR器件，整體尺寸為20毫米×12毫米×9毫米，其中FFPR長度為0.5厘米（右下角），其兩端鍍有反射率大于99.99%的布拉格反射鏡。
該器件表現(xiàn)出色，相位噪聲低至-132 dBc/Hz @10 kHz，接近量子噪聲極限。在完全自由運行（無主動鎖模）狀態(tài)下，其重頻的阿倫偏差達(dá)到2.69×10?11@0.02s，單孤子狀態(tài)的開啟成功概率接近100%，具備真正的“一鍵式啟動”操作能力。
研究人員將兩個這樣的微梳單元構(gòu)成自由運行的雙梳系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于以下兩個高精度場景，一是測距：在51.59 MHz的采集速率下，單次測量的距離精度達(dá)到約1.61微米；二是光譜學(xué)：對H13CN氣體進(jìn)行測量，吸收光譜的標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為0.998%，與HITRAN數(shù)據(jù)庫高度吻合。
該工作突破了片上克爾微梳的噪聲限制，為實現(xiàn)高性能、高集成度、可實際部署的頻率梳系統(tǒng)樹立了新范式。它極大地簡化了雙梳技術(shù)的系統(tǒng)復(fù)雜性，為精密測量、通信和遙感等領(lǐng)域從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用鋪平了道路。
該工作由南京大學(xué)祝世寧院士團(tuán)隊的謝臻達(dá)教授、姜校順教授、金飚兵教授和中國科學(xué)院蘇州納米所梁偉研究員團(tuán)隊共同完成，成果以?Compact low-noise dual microcombs for high-precision ranging and spectroscopy applications為題，發(fā)表于Optica。
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