[光頻梳的應(yīng)用]通過(guò)重復(fù)速率鎖定將GPS約束OCXO的長(zhǎng)期穩(wěn)定性轉(zhuǎn)移到Vescent的FFC-100光頻梳

摘要：我們展示了一種將Vessent的光纖頻率梳（FFC100）重復(fù)率鎖定到任何用戶提供的RF振蕩器的簡(jiǎn)單方法。實(shí)現(xiàn)這種重復(fù)速率鎖定的一般方案如圖1所示。為了證明這種技術(shù)的威力，在這里，我們將FFC-100鎖定到SRS FS740 GPS規(guī)定的爐控晶體振蕩器（OCXO）上，并表明SRS FS740較好的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性忠實(shí)地轉(zhuǎn)移到頻率梳模式（在時(shí)間尺度>6小時(shí)的1550 nm處<1E-12分?jǐn)?shù)不穩(wěn)定性或<200 Hz光學(xué)頻率不穩(wěn)定性），同時(shí)保持自由運(yùn)行的梳齒線寬（在1550nm處<2 kHz FWHM）。該技術(shù)可用于需要精確頻率測(cè)量的應(yīng)用。當(dāng)正確校準(zhǔn)到已知的光學(xué)頻率標(biāo)準(zhǔn)（即通過(guò)單個(gè)梳齒和光譜標(biāo)準(zhǔn)之間的外差測(cè)量）時(shí)，

這種相對(duì)不穩(wěn)定性可以是轉(zhuǎn)換為絕對(duì)頻率精度以實(shí)現(xiàn)超高精度光譜頻率梳的光學(xué)帶寬。

引言：光學(xué)頻率梳的眾多應(yīng)用之一是充當(dāng)所謂的“頻率尺”，能夠在寬帶。雖然有幾種特定的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但其基本來(lái)源能力來(lái)源于梳子的每一個(gè)“齒”之間的簡(jiǎn)單關(guān)系從光學(xué)頻率到射頻頻率：

設(shè)置：Vescent用于此演示的特定設(shè)置以及用于測(cè)量FFC-100產(chǎn)生的環(huán)外不穩(wěn)定性如圖2所示。首先使用Vessent SLICE-FPGA-II鎖定100MHz FFC-100的梳狀參數(shù)。重復(fù)率，,在頻率上除以因子10（Valon Technology 3010a），并發(fā)送到低頻的RF端口-噪聲相位檢測(cè)器（迷你電路ZRPD-1+）。GPS專用OCXO（SRS FS740）的10 MHz輸出被發(fā)送到相位檢測(cè)器的LO端口，并且IF端口輸出被引導(dǎo)到Vescent D2-125伺服控制器。FFC-100的重復(fù)頻率與GPS規(guī)定的OCXO相位鎖定具有到FFC-100 PZT調(diào)制輸入的簡(jiǎn)單比例積分器（PI）反饋。PZT調(diào)制反饋提供了高帶寬，但在動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)是有限的。動(dòng)態(tài)范圍為足以使FFC-100以這種方式鎖定數(shù)十分鐘，具體取決于運(yùn)行期間經(jīng)歷的環(huán)境參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期鎖定環(huán)路被接通以改變振蕩器溫度設(shè)定點(diǎn)，從而將PZT電壓保持在標(biāo)稱值。這個(gè)慢速反饋回路集成到FFC-100中，可以通過(guò)基于文本的命令或通過(guò)前屏幕GUI啟用。

D2-125的PID參數(shù)鎖定設(shè)置為比例增益設(shè)置為-10dB。這個(gè)伺服的轉(zhuǎn)角保持在低頻（≤20 Hz）以保持自由運(yùn)行梳的短期穩(wěn)定性（即梳齒的“瞬時(shí)線寬”）同時(shí)將受GPS約束的SRS FS740的長(zhǎng)期穩(wěn)定性賦予光學(xué)梳齒。到實(shí)現(xiàn)鎖定，OCXO合成器的頻率或梳的重復(fù)率可以手動(dòng)調(diào)諧，使RF和LO信號(hào)的頻率緊密重疊（在~10 Hz以內(nèi)），并允許它們的相位的正交條件落在對(duì)梳狀物的PZT反饋的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。一旦滿足此條件，可以通過(guò)將開(kāi)關(guān)推入“鎖定”位置來(lái)啟用D2-125伺服?？梢栽谑静ㄆ魃喜榭碊2-125上的直流誤差監(jiān)測(cè)器，以確保該誤差信號(hào)進(jìn)入零和DC誤差信號(hào)上的噪聲的AC RMS測(cè)量可以用于表征鎖的“松緊度”。

結(jié)果：最終，對(duì)當(dāng)前應(yīng)用來(lái)說(shuō)重要的是GPS的穩(wěn)定性有多好OCXO被轉(zhuǎn)移到頻率梳重復(fù)率。為了測(cè)量這一點(diǎn)，兩個(gè)Allan Deviation使用Microsemi 53100a時(shí)計(jì)對(duì)測(cè)量值進(jìn)行比較：（1）SRS FS740 10 MHz輸出信號(hào)直接根據(jù)SRS FS752 10 MHz輸出進(jìn)行測(cè)量（注意：選擇不同的GPS單元基于手頭的可用設(shè)備）。相應(yīng)的Allan偏差給出了環(huán)外這兩個(gè)不同的GPS約束OCXO之間的分?jǐn)?shù)不穩(wěn)定性，如圖中的藍(lán)線所示3（A）。

將光學(xué)頻率梳鎖定到RF源的一個(gè)潛在缺點(diǎn)是等式2中所示的倍頻可能導(dǎo)致短期不穩(wěn)定性（即。，線寬以及最終的相位噪聲）。一般來(lái)說(shuō)，分?jǐn)?shù)自由運(yùn)行頻率梳在高偏移頻率下的頻率噪聲（通常與“瞬時(shí)線寬”）優(yōu)于任何RF參考，而在低偏移時(shí)較差頻率（與頻率不穩(wěn)定性或漂移相關(guān)）。通過(guò)有目的地設(shè)置轉(zhuǎn)角到低點(diǎn)頻率（在這種情況下為20赫茲），自由運(yùn)行的*的高偏移分?jǐn)?shù)頻率不穩(wěn)定性可以保留頻率梳，同時(shí)仍然獲得RF的長(zhǎng)期穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)

參考圖3（B）中的線寬測(cè)量清楚地表明了這一點(diǎn)，其中2kHz線寬RIO激光器與鎖定頻率梳的光齒之間的外差信號(hào)被測(cè)量為＜5kHz。Voigt擬合用于捕捉出現(xiàn)的少量高斯增寬由于鎖定方案。

結(jié)論：提出了一種簡(jiǎn)單的方案，表明Vessent的光纖頻率梳可以很緊鎖定到具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性的GPS約束OCXO，轉(zhuǎn)移到?jīng)]有降低了自由運(yùn)行梳的短期光學(xué)線寬。