飞秒激光频率梳的精密锁定及其对碘稳532nm激光的初步测量

【作者】 韩海年； 张炜； 王鹏； 李德华； 魏志义； 沈乃澂； 聂玉昕；

【机构】 中国科学院物理研究所计量测试高技术联合实验室；

【摘要】 近年来对飞秒激光载波包络相位(Carrier Envelope Phase,CEP)控制的研究不仅促进了超短脉冲激光科学的重要进展,而且也导致了光学频率测量的革命性突破,成为上述两领域共同感兴趣的研究内容。根据傅立叶关系,飞秒激光脉冲在时域上的载波包络相位与频域上的纵模偏差、亦既纵模初始频率f0具有固定的对应关系,因此锁定而即可实现对CEP的锁定,如果同时将飞秒激光的重复频率和 f0锁定到微波原子钟,即可实现微波频率与光学频率激光的连接,从而进行两种频率之间的相互测量和比对。本文我们在自己搭建的重复频率为90MHz的飞秒钛宝石振荡器的基础上,通过光子晶体光纤的腔外光谱展宽技术和自参考测量技术,首先获得了信噪比大于40dB的f0信号,其次利用锁相环技术, 分别将飞秒激光的重复频率和纵模初始频率而成功锁定到了稳定度为4×10-14的Cs钟上。为了提高锁定精度,我们对重复频率的锁定采用了其89次谐波的锁定方法,锁定后重复频率的漂移变化在μHz量级, 比未锁前提高了8个数量级;而对于f0的锁定则利用了声光调制器(AOM)快速调制泵浦光功率的方法,使锁定前抖动量在几十kHz量级的f0信号稳定到了mHz量级,从而初步实现了CEP锁定的飞秒激光光源和频率稳定性在10-14量级的光学频率梳。在此基础上,我们利用该激光光梳产生的超连续光谱中的532nm成分与一台碘稳定的Nd:YAG激光的532nm倍频波长进行相互拍频,基于光学相干外差法的手段,初步得到了信噪比达20dB的拍频结果。在进一步提高该信噪比而测得其准确频率的基础上, 通过与重复频率的确切关系,即可得出该碘稳激光532nm波长的绝对频率,目前这一步工作正在整理进行之中。更多还原