Suure võimsusega optilise sagedusega kammid mängivad väga olulist rolli mittelineaarses täppisspektroskoopias, äärmusliku ultraviolettkiirguse optilise sagedusega kammi genereerimises, tuuma- ja aatomkellade uurimises jne. Eeliste tõttu on suure võimsusega optilise sagedusega kammide realiseerimiseks eelistatud lahendus kiud-femtosekundilised laserid lihtne struktuur, stabiilne jõudlus ja lihtne võimendamine. Kuid vältimatu spontaanse emissiooni (ASE) müra, pumba intensiivsuse müra, spektraalse koherentsuse halvenemise ja valgusteest tingitud faasivärinate tõttu kiudlaseriga võimenduses on optilise kammi sageduse stabiilsus tõsiselt kahjustatud. Seetõttu on kõrge sageduse stabiilsuse saavutamine suure võimsusega võimendusega keeruline ülesanne.
Eespool nimetatud probleemide lahendamiseks, tuginedes pikaajalistele optilise sagedusega kammtehnoloogia uuringutele, on Hiina Teaduste Akadeemia Füüsika Instituudi ja Pekingi riikliku kondenseeritud aine füüsika uurimiskeskuse optilise füüsika võtmelabori L07 rühm järjest esitanud tehnilisi lahendusi, mis hõlmavad madala müratasemega optilise kiu seemneallika kasutuselevõttu, lineaarset piiksuvat impulsi võimendust ja õõnsusesisest elektro-optilist kristallide kiiret faasimodulatsiooni jne ning kõrge koherentsusega superkontiinumi spektri genereerimist koonuse fotoonilise kristallkiu abil ja kombineerides Integreeritud konstruktsioon, temperatuuri juhtimine, vibratsiooniisolatsioon ja muud tehnilised lahendused on optilise sagedusega kammi müra tõhusalt vähendanud. Hiljuti on rühma kaasuurija Hainian Han ja järeldoktor Xiaodong Shao saavutanud 20 W suure keskmise võimsusega sageduse väljastpoolt stabiilsuse suurusjärgus 10-19/1000 s. kiudoptilise sagedusega kamm. Teadaolevalt on see saavutanud praeguste parimate optiliste aatomkellade sageduse stabiilsuse ja on ka seni optimaalne tulemus, mis suure võimsusega optilise sagedusega kammidega saavutatud. Joonisel 1 on kujutatud skemaatiline diagramm kahe identse suure võimsusega optilise kiudkammi inseneri prototüübi kohta, mis on välja töötatud ja rõngavälise kahe optilise kammi võrdlus sageduse stabiilsuse mõõtmiseks.
Uuringus kasutati femtosekundilise seemneimpulsi allikana iseehitatud mittelineaarselt polariseeritud pöörleva režiimiga lukustatud (NPR) fiiberlaserostsillaatorit ning suure võimsusega femtosekundilist laserväljundit keskmise võimsusega üle 20 W ja impulsi laiusega 75 fs saadi pärast lineaarset kiududega sirutatud impulsi võimendust (CPA). Kandja mähisjoone faasinihke (CEO) sageduse lukustatud sageduse stabiilsus on 1,5 × 10-17/s. Optilise sagedusluku puhul koputatakse superstabiilse referentslaseriga eraldi ostsillaatori ja võimendi erinevatest harudest väljuvad femtosekundilised impulsid ja kui lukustamiseks kasutatakse võimendi koputatud signaali, siis suure võimsusega mõõdetud sageduse stabiilsus. võimendatud laserrõngas võib ulatuda 2×10-18/s, samas kui ainult CPA puhul võib sageduse stabiilsus ulatuda 2×10-18/s ja ainult CPA puhul võib sagedus ulatuda stabiilsus võib ulatuda 2 × 10-18/s. -18/s, samas kui ainult ostsillaatori femtosekundilise impulsi väljundi lukustamise korral, kui võimendil lastakse vabalt töötada, võib sageduse stabiilsus ulatuda ainult 10-15/s-ni, mis on kolm järku suurusjärgus hullem. Müra võimsusspektri analüüs näitab, et võimendi tekitab suurel hulgal madalsageduslikku müra, millel on märkimisväärne mõju optilise sageduse kammi sageduse pikaajalisele stabiilsusele ning erinevus on isegi neli suurusjärku. väravaaeg 1000 s, nagu on näidatud joonisel 2 (a). Lisaks näitavad sageduse lühiajalist stabiilsust iseloomustavad faasimüra analüüsi tulemused ka seda, et pärast müratõrjemeetmete seeriat on võimendi poolt tekitatav kõrgsageduslik müra väga väike ega mõjuta süsteemi lühiajaline stabiilsus.
Selle suure keskmise võimsusega optilise sageduskammi sageduse stabiilsuse hindamiseks praktilistes rakendustes mõõdetakse selles uuringus esimest korda kahte 20 W suure võimsusega kiudlaseri sageduskammi. Mõõtmistulemused näitavad, et rõngavälise sageduse tüüpiline stabiilsusväärtus on 4,35×10-17/s 1-sekundilise integreerimisajaga ja väheneb 6,54×10-19-ni 1000-sekundilise integreerimisajaga, näidatud joonisel 2(b), mis avab uued uksed paljudele rakendustele, mis nõuavad optiliste kammide suurt võimsust ja kõrgsageduslikku stabiilsust. See uurimistöö avaldati hiljuti ajakirjas Optics Express pealkirja all "Suure võimsusega optiline sageduskamm 10-19 sageduse ebastabiilsusega" (Opt. Express 31(20)). (Optics Express 31 (20), 32813-32823 (2023)). Artikli esimene autor on Xiaodong Shao ning kaasjuhendajateks on Zhiyi Wei ja Hainian Han. Seda tööd toetasid Hiina Teaduste Akadeemia pilootprogramm (XDA1502040404, XDB210104004) ja Hiina Riiklik Loodusteaduste Fond (60808007, 61378040, 11078022, 91850209).
20 W suure võimsusega kiudoptilise sagedusega kamm 10-19-ndat järku rõngavälise sageduse stabiilsusega.
Joonis 1 (a) Foto suure võimsusega kiudoptilise optilise kammi konstrueeritud põhimõttelisest prototüübist, (b) Suure võimsusega optilise sageduskammi rõngavälise sageduse stabiilsuse mõõtmise skemaatiline diagramm
Joonis 2 (a) Eraldi lukustatud ostsillaatori ja võimendi sageduse stabiilsus, (b) suure võimsusega optilise sageduskammi sageduse stabiilsus koos rõngavälise võrdlusega
