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Apr 03, 2023

Plana programável e sintonizável

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 18036 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Neste estudo, apresentamos lasers supercontínuos coerentes de topo plano com taxas de repetição ajustáveis ​​e larguras de banda espectrais programáveis. Fontes supercontínuas com banda ultralarga e cobertura de alta taxa de repetição podem ser obtidas pela fusão de pentes de frequência óptica eletro-óptica não linearmente ampliados com modelagem de espectro óptica linha por linha. A programação da largura de banda espectral é implementada por modelagem de espectro iterativa e controle de potência de entrada de estágios altamente não lineares, enquanto o ajuste da taxa de repetição é realizado pelo controle de velocidade de modulação em pentes de frequência óptica. Aqui, implementamos um supercontinuum de topo plano programável e sintonizável com largura de banda máxima e taxa de repetição de 55 nm a 10 dB e 50 GHz, respectivamente. Para esclarecer a coerência do supercontínuo durante a sintonia e a programação, realizamos uma análise de ruído de fase. Propusemos um método auto-heteródino notavelmente modificado para medir o ruído de fase de cada modo com precisão, filtrando derivações supercontínuas específicas em um interferômetro de Mach-Zehnder. Com este método, provou-se que os espectros de banda lateral única em cada modo são quase semelhantes aos do relógio de RF, indicando que nosso processo de geração de supercontínuo programável e sintonizável adicionou degradação mínima às propriedades de ruído de fase. Este estudo mostra possibilidades de geração de centenas de portadoras ópticas planas programáveis ​​e sintonizáveis ​​com robustez e coerência.

Since the demonstration of the supercontinuum source based on an ultrashort pulse laser in the 1960s, it has received significant attention owing to its ultrabroadband and coherent characteristics1. As the spectral performance in terms of stability, bandwidth, and flatness has gradually improved, supercontinuum sources have been utilized in various fields, including optical communication system2,3,4, microwave photonics100 complex-coefficient taps. Opt. Express 22, 6329–6338 (2014)." href="/articles/s41598-022-22463-y#ref-CR5" id="ref-link-section-d66911122e511"> 5,6, tomografia óptica7,8 e espectroscopia9,10. Como cada aplicação requer características diferentes das fontes supercontínuas11, o campo de geração supercontínua tem sido investigado para melhorar o desempenho programável de fontes ópticas12,13. Por exemplo, a taxa de repetição necessária para a aplicação de espectroscopia combinada varia de ~ 10 MHz a ~ 10 GHz14, enquanto a calibração de espectrógrafos astronômicos requer uma taxa de repetição variando de ~ 10 GHz a ~ 100 GHz14. Além disso, existem algumas aplicações em que a taxa de repetição precisa ser ajustada mesmo durante o uso, como geração arbitrária de formas de onda15,16.

Esforços de pesquisa recentes para implementar a geração supercontínua com características programáveis ​​e sintonizáveis ​​incluem micropentes ópticos Kerr17,18, lasers de fibra de modo bloqueado19,20 e pentes de frequência óptica eletro-óptica (EO-OFC)21,22. Como a taxa de repetição e a faixa espectral dos micropentes ópticos de Kerr são determinados pelo material e pela estrutura do microrressonador, tentativas de programar as taxas de repetição controlando a temperatura17 ou o campo elétrico aplicado18 no micropente tem sido feito. Embora os micropentes ópticos Kerr possam oferecer recursos atraentes, incluindo uma alta taxa de repetição até o THz e regime de tamanho pequeno, a faixa de ajuste é estreita do microrressonador projetado e o ajuste fino é difícil devido ao ajuste passo a passo intervalo12,17,18.

Os lasers de fibra de modo bloqueado também foram investigados para gerar fontes supercontínuas programáveis ​​e sintonizáveis19,20. Um laser de fibra soliton de modo bloqueado com uma taxa de repetição ajustável foi demonstrado usando o efeito opto-acústico19. O controle de temperatura de um filtro Vernier, incluindo dois ressonadores de micro-anel, também foi aplicado para gerar lasers de fibra de modo bloqueado ajustável20. Embora os lasers de fibra com modo bloqueado possam gerar um supercontínuo de banda ultralarga com ampla largura de banda usando um laser adequado para a faixa de comprimento de onda desejada, a taxa de repetição máxima e a faixa de ajuste são limitadas a vários GHz e algumas centenas de MHz, respectivamente12,19,20 . Além disso, como o laser de fibra de modo bloqueado é ajustado termicamente ou optoacusticamente, é difícil obter um desempenho estável sem gerenciamento de feedback adicional.