南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，南京 210023
【目的】为了满足各种应用领域对高性能光学频率梳（OFC）的需求，特别是在宽带宽、高平坦度、中心波长和谱线间距等参数可以独立调节方面，文章提出了一种基于2次耦合射频（RF）信号来驱动单个双驱动马赫—曾德尔调制器（DDMZM）以产生OFC的方法。
【方法】通过使用单个乘法器来生成2次耦合RF信号，不仅增加了所产生OFC的梳线数量，而且具有结构简单和成本低廉等优点。此外，为了进一步提高OFC的优化效率和性能，文章还采用了基于深度学习的逆向设计和分析方法。
【结果】研究结果显示，基于构建级联网络的逆向设计能够在不到1 s的时间内找到目标OFC的对应参数。这种快速参数确定方法不仅可以实现梳线数量、OFC功率和梳线间隔的可编程性，还能生成具有1.769 dB平坦度的13线OFC。文章所提高效率设计方法为OFC的快速制备和应用提供了强大的支持。
【结论】文章所提方案在OFC的生成技术中具有显著优势，特别是在性能、灵活性和优化效率方面表现卓越。文章所提基于2次耦合RF信号驱动DDMZM的OFC生成方法，不仅简化了系统结构，降低了成本，还通过深度学习的逆向设计方法大幅提高了设计效率。这些特点使得文章所提方案能够满足广泛的应用需求，尤其适用于需要快速、高效且灵活调节OFC参数的场合。
光学频率梳 深度学习 逆向设计 平坦度 OFC deep learning inverse design flatness 光通信研究
2024, 50(2): 22008701
1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 中国科学院国家授时中心中国科学院时间基准及应用重点实验室，陕西 西安 710600
3 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
平衡零拍探测技术是测量压缩态量子噪声的主要方法之一，通过光电二极管阵列和多路并行电感-电容（L-C）耦合跨阻的方式，实现了一种低噪声、高信噪比的多像素平衡零拍探测器，探测器的工作带宽为5 MHz。每一个像素通道中，光功率为1.66 mW的815 nm激光入射时，散粒噪声功率在2 MHz分析频率处比电子学噪声高23 dB。当光强分布在所有像素通道时，各通道散粒噪声功率和入射光强成正比，验证了探测器可以实现多通道并行的平衡零拍探测。该探测器可实现量子光学频率梳的频谱可分辨平衡零拍探测，为量子光学频率梳在量子精密测量领域的应用提供高性能的探测工具。
探测器 跨阻放大器 量子光学频率梳 平衡零拍探测器 光电二极管阵列 信噪比
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室&光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
2 中国计量科学研究院时间频率计量研究所，北京 100029
3 国家市场监管重点实验室（时间频率与重力计量基准），北京 100029
4 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
中红外飞秒光学频率梳在天文学、药物检测、生物化学、大气检测和材料科学等领域中有着广阔的应用前景。报道了一个高功率中红外飞秒光学频率梳系统，该系统主要由掺铒光纤飞秒光学频率梳、超连续谱产生装置、双包层掺铥光纤放大器和基于透射式衍射光栅对的压缩器四部分构成。掺铒光纤光学频率梳输出平均功率为350 mW、中心波长为1565 nm、重复频率为198 MHz、脉冲宽度为55 fs的飞秒激光，并将其注入到一段正色散高非线性光纤中，产生1100~2200 nm超连续光谱。超连续光通过由掺铥光纤构成的自泵浦放大器，产生中心波长为1925 nm、平均功率为50 mW的飞秒脉冲。将此脉冲作为双包层掺铥光纤放大器的种子源，功率被放大到36.07 W，压缩后得到平均功率为22.72 W、脉冲宽度为240 fs的飞秒激光脉冲输出。
非线性光学 光学频率梳 飞秒激光 啁啾脉冲放大 中红外波段
1 北京交通大学电子信息工程学院光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
2 北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044
提出一种利用锁相双频激光作为泵浦源输入正常色散富硅氮化硅微环谐振腔产生光频率梳的方案。对富硅氮化硅微环谐振腔进行色散调控，实现1550 nm波段平坦正常色散优化设计。利用LLE（Lugiato Lefever equation）方程进行光频率梳产生仿真，分析改变泵浦失谐时光频率梳产生的时域和频域演化过程。同时，探究各项参数对光频率梳产生的影响，包括泵浦功率、双频激光功率占比、微腔波导损耗、微腔色散、双频激光频率间隔。仿真实现的光频率梳带宽可覆盖1520 nm到1580 nm。
非线性光学 光频率梳 富硅氮化硅 色散调控 微腔
1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室，上海先进通信与数据科学研究院，特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
2 中国计量科学研究院，北京 100029
3 华中科技大学光学与电子信息学院下一代互联网接入系统国家工程实验室，湖北 武汉 430074
4 东莞理工学院电信工程与智能化学院，广东 东莞 523808
5 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062
6 浙江省引力波精密测量重点实验室国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
利用45°倾斜光纤光栅（45°-TFG）作为光纤型起偏器，搭建了一台高可靠性高稳定性的掺铒锁模光纤激光器，并以此为基础实现了重复频率和载波包络偏移频率的精确锁定。当泵浦功率为228 mW时，基于45°-TFG的锁模激光振荡器可实现3 dB光谱带宽为60.4 nm、脉冲宽度为68 fs的超短脉冲输出，在12 h内功率的均方根稳定性达到0.033%，且在较大的泵浦范围内均能维持较好的展宽锁模状态。经过自主搭建的非线性脉冲放大、超连续谱产生以及自参考拍频干涉光路，获得了信噪比为32 dB的信号。最后通过搭建基于锁相环的主动反馈控制电路，将和信号溯源至一台GPS时频系统，最终测得和信号归一化后在1 s门时间内频率稳定度为2.38×10-12和6.41×10-16。这是首次实现基于45°-TFG的光纤激光频率梳，表明了基于45°-TFG的锁模光纤激光器在实际应用中的潜力。
锁模光纤激光器 光纤光栅 非线性偏振旋转 光纤激光频率梳 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0106005
1 中国科学院合肥物质科学研究院，安徽光学精密机械研究所，安徽省光子器件与材料重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
本文报道了一种性能稳定的宽带宽调谐差频产生（DFG）中红外光梳设计方案。采用保偏光纤构建光纤链路，以确保其性能稳定；采用自相似光纤放大、光纤孤子压缩及负色散高非线性光纤产生超连续谱等技术，获得了宽带、弱啁啾和窄脉宽基频脉冲；通过严格控制双色基频脉冲的空间重叠、时间同步和偏振特性，仅通过调整硒化镓非线性晶体的相位匹配角和时间同步，无须改变双色基频频率的光谱特性，DFG中红外光梳就可以实现宽光谱带宽和宽光谱调谐范围输出。集成封装仪器化的DFG中红外光梳的光谱覆盖范围为7~13 μm，每个调谐波段的带宽均较宽，9.5 μm波段的带宽达到了2.43 μm；7~13 μm光谱调谐范围内的平均功率都大于240 μW，其中8 μm波段的平均功率达到了470 μW。
激光器 光学频率梳 差频产生 飞秒脉冲 中红外光梳 中国激光
2023, 50(23): 2301008
1 国网四川省电力公司电力科学研究院，四川 成都 610041
2 华东师范大学重庆研究院，重庆 401121
3 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，湖北 武汉 430074
双光梳光谱是实现高分辨光谱分析的重要工具，其因相干特性依赖于复杂、庞大的频率锁定与反馈系统，导致成本高昂且对环境扰动敏感，应用领域受限。基于电光频率梳的双光梳系统具有装置简单、频率捷变及相干性高等优势，有利于外场的应用，但其在气体检测应用中的含量反演精度及实时性仍有待验证。为此，搭建了高相干电光双光梳系统，并利用多通气体池实现了CO和CO2气体吸收光谱测量，其结果与HITRAN数据库仿真结果一致。光谱分辨率达200 MHz，单次刷新时间仅为4 μs。实验通过对CO2吸收峰的含量反演与多峰拟合，将含量不确定度缩小至2.86%。此外，通过对CO吸收光谱的快速检测，验证了系统对混合气体含量监测的实时性，该系统有望应用于电力设备故障特征气体的实时监测。
分子光谱 电光 频率梳 双光梳光谱 气体检测 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1730002
太原理工大学 光电工程学院，山西 太原 030024
对单腔双光梳拍频信号的包络提取方法进行了实验研究。在单个光纤激光器中引入具有强双折射的保偏光纤，使脉冲沿偏振正交的两个方向进行复用传输和锁模。精细调节腔内偏振态，实现了重频差在337 Hz~2.33 kHz范围内连续可调的双光梳生成。通过激光器腔外偏振态调节和偏振分束，获得了消光比分别为28.5 dB和38.2 dB的两路光频梳。两路光频梳经过异步采样后，采用所设计的包络检波电路对拍频信号的包络进行提取，与采用基于样条插值和希尔伯特变换的包络提取算法计算结果相比，所提取的包络峰值位置基本保持一致，验证了该方法的可行性。双光梳拍频信号包络提取实验研究可以快速实时提取包络形状和包络峰值位置，可进一步应用于包络信号触发和精密测距等领域。
激光器 光学频率梳 单腔双光梳 包络提取 laser optical frequency combs single-cavity dual-comb envelope extraction
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学 电气自动化与信息工程学院，天津 300072
3 贵州大学 物理学院，贵州 贵阳 550025
光学频率梳在光通信、光谱学等领域有广泛的应用。平坦度是光学频率梳重要的性能指标。使用级联相位调制器和强度调制器产生光学频率梳的方法，是让叠加的谐波驱动调制器，通过调节驱动电信号的幅度和相位以及强度调制器的偏置电压，可以实现平坦度好的光学频率梳。首先，建立光学频率梳的优化问题模型，通过差分进化算法得到上述各个参数，并得到在不同叠加微波驱动信号下的平坦光学频率梳。其次，固定某一微波驱动信号的相位，在同一优化问题下使用同样方法得到微波驱动信号的其他参数，并分析生成的平坦光学频率梳性能。最后，搭建实验系统，根据仿真得到的优化参数确定实验参数，并得到相应的光学频率梳。研究表明，当采用基频和三次谐波驱动相位调制器、采用四次谐波驱动强度调制器时，可以产生13根谱线的光学频率梳，仿真和实验时的平坦度分别为0.27 dB和0.83 dB。当采用基频、三次谐波和五次谐波同时驱动相位调制器和强度调制器时，可以产生19根谱线的光学频率梳，仿真显示其平坦度为0.56 dB。以上仿真和实验结果证明了所提方法的可行性和鲁棒性。
光学频率梳 相位调制器 强度调制器 叠加谐波 optical frequency comb phase modulator intensity modulator combined harmonics 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220756
