[发明专利]光频梳组件和方法

说明书

本发明涉及一种用于操作光频梳组件(1)的方法包括：操作光频梳源(3)以产生组成光频梳的激光，将激光引入到公共光路(5)中，并且用来自公共光路(5)的激光播种至少一个分支光路(7)，所述至少一个分支光路(7)包括至少一个光学元件(11、13)。对于所述至少一个分支光路(7)，确定光频梳组件(1)内的在所述至少一个光学元件(11、13)上游的参考点(R)处耦合输出的激光和分支光路(7)中提供的在所述至少一个光学元件(11、13)下游的测量点(P)处耦合输出的激光之间的、所述光频梳的第一频率模式vsubgt;1/subgt;的相位差。基于确定的与目标值的相位差的偏差来提供对于来自所述至少一个分支光路(7)的激光的相位校正。

技术领域

本发明涉及光频梳领域。

背景技术

光频梳可以例如使用锁模激光器(振荡器)而产生，并且在光频域中具有等距的模式f_m，所述模式用公式f_m＝m×f_rep+f₀表征，其中m是自然数，f₀是频率梳的偏移频率。光频梳例如被用于光谱学或精确频率测量中，特别是被用于光学钟中。

DE 199 11 103 A1和DE 100 44 404 A1例如描述了通过作用于频率梳发生器的光学谐振器上以使模式距离f_rep(在锁模激光器中，也被称为重复频率)和偏移频率f₀稳定以提供稳定的频率梳来使光频梳稳定的方式。

将频率梳发生器的输出划分为将被用于一个或多个应用中的几个光分支可能是方便的。在光分支中，光可以进行放大和非线性处理以针对使用它的应用专门定制光。这样的多分支系统对于需要截然不同的光频上的光学输出的测量是尤其重要的。例子是基于不同的原子或离子的光学钟的比较。在N.Nemitz等人在2016年Nature Photonics第10卷第4期中的文章中，使用698nm和578nm上的中性的Sr原子和Yb原子。为了提供对应的两个光频上的光，优选的是使用两个单独的分支。这确保具有足够的信噪比来支持低相位噪声应用的长期稳定的操作。

在分支中，光路受制于环境变化。尤其不利的是声学噪声、温度变化和机械振动。它们全都严重地干扰光路，并且在不同的分支中行进的光中引起相位变化。因为频率是相位的时间导数，所以频率梳的受到干扰的相位导致其中模式与原始位置有频率移位的频率梳。对于10^-16范围和超出该范围的范围内的许多高精度应用，这必须被避免。

另外，光分支中的非线性光学效应(其可能与放大和频率转换相关，或者由放大和频率转换引起)例如可能导致振幅转换为相位噪声，其中相位噪声累积在分支中，因此可能还使光分支输出的频率梳不稳定。

K.Kashiwagi等人所写的文章“Multi-branch fiber comb with relativefrequency uncertainty at 10^-20using fiber noise difference cancellation”(2018年Optics Express第26卷第7期)提出了使多分支、基于纤维的频率梳稳定的方式。振荡器输出脉冲被划分为单独的分支。每个划分的脉冲被掺铒的纤维放大器放大，并且被后面的高度非线性的纤维扩频。第一分支(CEO锁定分支)用于使振荡器的CEO(载波包络偏移)频率稳定。该文章陈述了在CEO锁定分支中引起的纤维噪声将通过对于振荡器的泵激光二极管的反馈控制而被取消。然而，其他分支的输出将受害于来源于对于CEO锁定分支不共用的纤维路径的不同的纤维噪声。为了抑制由于纤维噪声差异而导致的波动，在所述其他分支中提供了基于纤维拉伸器的纤维噪声差异取消装置。纤维拉伸器安装在受控的纤维长度的所述其他分支中，以使得残余的纤维噪声与CEO锁定分支中的残余的纤维噪声是相同的。根据该文章，常见的纤维噪声将通过CEO频率和重复频率的反馈控制而被抵消。