Sisir frekuensi optik berdaya tinggi memainkan peran yang sangat penting dalam spektroskopi presisi nonlinier, pembuatan sisir frekuensi optik ultraviolet ekstrem, penelitian jam nuklir dan atom, dll. Laser serat femtodetik adalah solusi pilihan untuk mewujudkan sisir frekuensi optik berdaya tinggi karena kelebihannya struktur sederhana, kinerja stabil dan amplifikasi mudah. Namun, karena kebisingan emisi spontan (ASE) yang tidak dapat dihindari, kebisingan intensitas pompa, degradasi koherensi spektral, dan jitter fase yang disebabkan oleh jalur cahaya dalam amplifikasi laser serat, stabilitas frekuensi sisir optik sangat terpengaruh. Oleh karena itu merupakan tugas yang menantang untuk mendapatkan stabilitas frekuensi tinggi sementara amplifikasi daya tinggi.
Untuk mengatasi masalah di atas, berdasarkan penelitian teknologi sisir frekuensi optik jangka panjang, kelompok L07 dari Laboratorium Kunci Fisika Optik, Institut Fisika, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok/Pusat Penelitian Fisika Benda Terkondensasi Nasional Beijing, berturut-turut telah mengemukakan solusi teknis dengan mengadopsi sumber benih serat optik kebisingan rendah, amplifikasi pulsa kicau linier, dan modulasi fase cepat kristal elektro-optik intracavity, dll., dan menghasilkan spektrum superkontinuum koherensi tinggi dengan menarik serat kristal fotonik kerucut dan menggabungkannya dengan Desain struktural terintegrasi, kontrol suhu, isolasi getaran, dan desain teknik lainnya telah secara efektif mengurangi kebisingan sisir frekuensi optik. Baru-baru ini, Hainian Han, seorang peneliti asosiasi dalam kelompok tersebut, dan Xiaodong Shao, seorang rekan pascadoktoral, telah mencapai lebih jauh stabilitas frekuensi di luar ring pada urutan 10-19/1000s pada daya rata-rata tinggi 20W sisir frekuensi serat optik. Hal ini diketahui telah mencapai kestabilan frekuensi jam atom optik terbaik saat ini, dan juga merupakan hasil optimal yang dicapai oleh sisir frekuensi optik berdaya tinggi sejauh ini. Gambar 1 menunjukkan diagram skema dari dua prototipe rekayasa sisir serat optik berdaya tinggi yang dikembangkan dan perbandingan sisir optik ganda ekstra-annular untuk mengukur stabilitas frekuensi.
Osilator laser serat nonlinier terpolarisasi rotasional mode-terkunci (NPR) yang dibuat sendiri digunakan sebagai sumber pulsa benih femtodetik dalam penelitian ini, dan keluaran laser femtodetik berdaya tinggi dengan daya rata-rata lebih besar dari 20 W dan lebar pulsa 75 fs diperoleh setelah amplifikasi pulsa kicau serat linier (CPA). Stabilitas frekuensi terkunci dari frekuensi pergeseran fasa selubung pembawa (CEO) adalah 1,5×10-17/s. Dalam penguncian frekuensi optik, keluaran pulsa femtodetik dari berbagai cabang osilator dan amplifier disadap dengan laser referensi super stabil secara terpisah, dan jika sinyal amplifier yang disadap digunakan untuk penguncian, stabilitas frekuensi daya tinggi yang diukur cincin laser yang diperkuat dapat mencapai 2×10-18/s, sedangkan dalam kasus CPA saja, stabilitas frekuensi dapat mencapai 2×10-18/s, dan dalam kasus CPA saja, frekuensinya stabilitas bisa mencapai 2×10-18/s. -18/s, sedangkan dalam kasus hanya mengunci keluaran pulsa femtodetik dari osilator, jika amplifier dibiarkan berjalan bebas, stabilitas frekuensi hanya dapat mencapai 10-15/s, yaitu tiga orde besarnya lebih buruk. Analisis spektrum daya derau menunjukkan bahwa penguat menimbulkan sejumlah besar derau frekuensi rendah, yang memiliki pengaruh signifikan terhadap stabilitas jangka panjang frekuensi sisir frekuensi optik, dan perbedaannya bahkan mencapai empat kali lipat pada waktu gerbang 1000 detik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2 (a). Selain itu, hasil analisis kebisingan fasa, yang mencirikan stabilitas frekuensi jangka pendek, juga menunjukkan bahwa setelah serangkaian tindakan pengendalian kebisingan, kebisingan frekuensi tinggi yang ditimbulkan oleh penguat sangat kecil dan tidak mempengaruhi stabilitas sistem jangka pendek.
Untuk mengevaluasi kinerja stabilitas frekuensi sisir frekuensi optik berdaya rata-rata tinggi ini dalam aplikasi praktis, dua sisir frekuensi laser serat berdaya tinggi 20W diukur untuk pertama kalinya dalam penelitian ini. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa nilai stabilitas tipikal frekuensi out-of-ring adalah 4,35×10-17/s pada waktu integrasi 1 s, dan menurun menjadi 6,54×10-19 pada waktu integrasi 1000 s, sebagai ditunjukkan pada Gambar 2 (b), yang akan membuka pintu baru untuk banyak aplikasi yang memerlukan daya tinggi dan stabilitas frekuensi tinggi dari sisir optik. Kemajuan penelitian ini baru-baru ini dipublikasikan di Optics Express dengan judul "Sisir frekuensi optik berdaya tinggi dengan ketidakstabilan frekuensi 10-19" (Opt. Express 31(20)). (Optik Ekspres 31(20), 32813-32823 (2023)). Penulis pertama artikel ini adalah Xiaodong Shao, dan rekan pengawasnya adalah Zhiyi Wei dan Hainian Han. Pekerjaan ini didukung oleh Program Percontohan Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (XDA1502040404, XDB210104004) dan Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok (60808007, 61378040, 11078022, 91850209).
Sisir frekuensi serat optik berdaya tinggi 20W dengan stabilitas frekuensi ekstra-annular urutan ke-10-19.
Gambar 1 (a) Foto prototipe prinsip rekayasa sisir serat optik daya tinggi, (b) Diagram skema pengukuran stabilitas frekuensi cincin ekstra sisir frekuensi optik daya tinggi
Gambar 2 (a) Stabilitas frekuensi osilator dan amplifier dikunci secara terpisah, (b) Stabilitas frekuensi sisir frekuensi optik daya tinggi dengan perbandingan out-of-ring
