Оптички фреквентни чешљеви велике снаге играју веома важну улогу у нелинеарној прецизној спектроскопији, генерисању екстремних ултраљубичастих оптичких фреквентних чешља, истраживању нуклеарног и атомског сата, итд. Фемтосекундни ласери са влакнима су пожељно решење за реализацију чешља са оптичким фреквенцијама велике снаге због предности једноставне структуре, стабилних перформанси и лаког појачања. Међутим, због неизбежне спонтане емисије (АСЕ) буке, буке интензитета пумпе, деградације спектралне кохерентности и фазног подрхтавања изазваног путањом светлости у појачању ласерског влакна, стабилност фреквенције оптичког чешља је озбиљно угрожена. Због тога је изазован задатак постићи стабилност високе фреквенције уз појачање велике снаге.
Да би се решили горе наведени проблеми, на основу дуготрајног истраживања технологије оптичких фреквенција, група Л07 из Кључне лабораторије оптичке физике, Института за физику Кинеске академије наука/Пекиншког националног истраживачког центра за физику кондензоване материје, сукцесивно је предложила техничка решења усвајања извора семена оптичких влакана са малим шумом, линеарног цирпованог импулсног појачања и модулације брзе фазе електрооптичког кристала унутар шупљине, итд., и генерисања спектра суперконтинуума високе кохерентности помоћу фотонског кристалног влакна са повлачењем конуса и комбиновањем са Интегрисани структурални дизајн, контрола температуре, изолација вибрација и други инжењерски дизајни су ефикасно смањили буку оптичког фреквентног чешља. Недавно су Хаиниан Хан, истраживач сарадник у групи, и Ксиаодонг Схао, постдокторски сарадник, додатно постигли стабилност фреквенције ван прстена реда величине 10-19/1000с на 20В високе просечне снаге оптички фреквентни чешаљ. Ово је познато да је достигло стабилност фреквенције тренутних најбољих оптичких атомских сатова, а такође је и оптимални резултат који су до сада постигли чешљеви оптичких фреквенција велике снаге. Слика 1 приказује шематски дијаграм два идентична развијена инжењерска прототипа са оптичким влакнима велике снаге и поређење двоструког оптичког чешља са екстра прстеном за мерење стабилности фреквенције.
Као фемтосекундни извор импулса у студији је коришћен самоизграђени нелинеарно поларизовани ласерски осцилатор са ротационо закључавањем мода (НПР), а фемтосекундни ласерски излаз велике снаге са просечном снагом већом од 20 В и ширином импулса од 75 фс је добијен након амплификације импулса са линеарним влакнима (ЦПА). Закључана стабилност фреквенције фреквенције фазног померања омотача носиоца (ЦЕО) је 1,5×10-17/с. У оптичком закључавању фреквенције, фемтосекундни импулси који излазе из различитих грана осцилатора и појачавача се посебно прислушкују суперстабилним референтним ласером, а ако се за закључавање користи сигнал појачавача, измерена стабилност фреквенције велике снаге појачани ласерски прстен може да достигне 2×10-18/с, док у случају само ЦПА, стабилност фреквенције може да достигне 2×10-18/с, а у случају само ЦПА, фреквенција стабилност може да достигне 2×10-18/с. -18/с, док у случају закључавања само фемтосекундног импулсног излаза из осцилатора, ако је појачавачу дозвољено да ради слободно, стабилност фреквенције може достићи само 10-15/с, што је три реда величине горе. Анализа спектра снаге буке показује да појачавач уноси велику количину нискофреквентног шума, што значајно утиче на дугорочну стабилност фреквенције гребена оптичке фреквенције, а разлика је чак четири реда величине на време затварања од 1000 с, као што је приказано на слици 2 (а). Поред тога, резултати анализе фазног шума, који карактерише краткорочну стабилност фреквенције, такође показују да је после низа мера контроле буке, високофреквентни шум који уноси појачавач веома мали и не утиче на краткорочна стабилност система.
Да би се процениле перформансе стабилности фреквенције овог оптичког фреквентног чешља велике просечне снаге у практичним применама, први пут су у овој студији мерена два чешља за фреквенцију ласера са влакнима велике снаге од 20 В. Резултати мерења показују да је типична вредност стабилности фреквенције ван прстена 4,35×10-17/с у времену интеграције од 1 с, а опада на 6,54×10-19 у времену интеграције од 1000 с, као приказано на слици 2(б), што ће отворити нова врата за многе примене које захтевају велику снагу и стабилност високе фреквенције оптичких чешља. Овај напредак истраживања је недавно објављен у Оптицс Екпресс-у под насловом „Чешаљ оптичке фреквенције велике снаге са нестабилношћу фреквенције 10-19” (Опт. Екпресс 31(20)). (Оптицс Екпресс 31(20), 32813-32823 (2023)). Први аутор чланка је Ксиаодонг Схао, а ко-супервизори су Зхиии Веи и Хаиниан Хан. Овај рад је подржан од стране Пилот програма Кинеске академије наука (КСДА1502040404, КСДБ210104004) и Националне фондације за природне науке Кине (60808007, 61378040, 11078022, 91850209).
Чешаљ за фреквенцију оптичког влакна велике снаге од 20 В са стабилношћу фреквенције изван прстена 10-19. реда.
Слика 1 (а) Фотографија пројектованог принципа прототипа оптичког чешља велике снаге са оптичким влакнима, (б) Шематски дијаграм мерења стабилности ванпрстенасте фреквенције чешља за оптичку фреквенцију велике снаге
Слика 2 (а) Стабилност фреквенције осцилатора и појачавача закључаних одвојено, (б) Стабилност фреквенције гребена велике снаге оптичке фреквенције са поређењем ван прстена
