Study of real-time dual-comb spectroscopy in versatile spectral region based on on-chip devices

基于片上器件的通用光谱区实时双梳光谱研究

基本信息

批准号：
22KF0143
负责人：
美濃島薫
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0143/
关键词：
Optical frequency comb High repetition rate Fiber laser Carrier envelope offset Supercontinuum Dual-comb

项目摘要

2つの750 MHzの高繰り返しコムを用いて、完全に位相ロックされ、一定の繰り返し周波数差に高精度に制御されたデュアルコムを構築した。まず、Comb1の繰り返し周波数を、低速のキャビティ長フィードバックによってロックした。Comb1とComb2のキャリア・エンベロープ・オフセット周波数を検出し、高精度に位相同期した。次に、狭線幅 CWレーザーとComb 1のモード間のビート信号を検出した。ビート信号は、音響光学周波数シフターとPZTへのフィードバックによって、それぞれ高速制御および低速位相制御を行った。一方、Comb2とCWレーザーの間のビート信号は、可動範囲の異なる短尺PZTと長尺PZTを用いることでそれぞれ高速と低速の位相制御を行った。その結果、ビート信号とキャリア・エンベロープ・オフセット周波数の安定性は、平均時間 1 秒で 10^-15 レベルが得られた。制御帯域幅は約1kHz が得られた。次に、構築した系を用いてデュアルコム分光測定を行った。その際に、デジタル位相補正技術をインターフェログラムに適用する手法を開発した。位相補正により、3 つのナイキストゾーン (光周波数において180 GHz 範囲) にまたがるエイリアシングされたRF周波数スペクトルを補正する手法を開発し、測定範囲を拡大することに成功した。その結果、アセチレンガスの吸収プロファイルを測定し、HITRAN データベースとの一致を得られた。一方、デジタル位相補正技術を、波長1.5 um の 2つのメカニカル共有コムにも適用した。HCNガスの吸収プロファイルを高精度で測定し、HITRANデータベースとの一致を確認した。このように、高精度なデュアルコム分光システムを実現した。

使用两个 750 MHz 高重复频率梳，我们构建了一个完全锁相并精确控制的双梳，具有恒定的重复频率差。首先，Comb1 的重复频率由慢腔长度反馈锁定。检测Comb1和Comb2的载波包络偏移频率并高精度进行相位同步。接下来，我们检测了窄线宽 CW 激光器和梳 1 模式之间的拍频信号。通过分别反馈到声光移频器和PZT来控制拍频信号的高速和低速。另一方面，Comb2 和 CW 激光器之间的拍频信号分别通过使用具有不同可移动范围的短 PZT 和长 PZT 进行高速和低速控制。结果，拍频信号和载波包络偏移频率的稳定性为10^-15级，平均时间为1秒。获得了大约 1kHz 的控制带宽。接下来，使用构建的系统进行双梳光谱测量。当时，我们开发了一种将数字相位校正技术应用于干涉图的方法。我们开发了一种通过相位校正来校正跨越三个奈奎斯特区（光频率范围为 180 GHz）的混叠射频频谱的方法，成功地扩展了测量范围。结果，我们测量了乙炔气体的吸收曲线，发现与 HITRAN 数据库一致。同时，数字相位校正技术也应用于两个波长为1.5um的机械共享光梳。高精度测量了HCN气体的吸收曲线，并证实与HITRAN数据库的一致性。这样，我们就实现了高精度的双梳光谱系统。