taccor comb レーザーカンタム社 (Laser Quantum)

taccor comb 1GHzモード間隔の高出力光周波数コム

taccor comb 1GHzモード間隔の高出力光周波数コム

光周波数コムとしてのtaccorのアプリケーションをサポートするために、Laser Quantum社は1GHzレーザーの標準機種にコム拡張モジュールを加えたtaccor combをマーケットに投入しました。このコム拡張モジュールは最適化された分散補償モジュール、スーパーコンティニューム光発生と非線形f-2f干渉計で構成され、それらが密封された小型筐体に収められて、ターンキー方式のフェムト秒taccorレーザーシステムと組み合わされています。拡張モジュールはtaccorの出力の内の約800mW を消費し、最高1Wにおよぶ出力が専用ポートから出射され実験に使用できます。またオプションの第二の拡張モジュールを使用してスーパーコンティニュームスペクトルまで広げることもできます。

fRでの繰り返しレートRFシグナル以外に、taccor combはキャリアエンベロープオフセット(CEO)周波数fCEO (図1)で35dB SN比(図2)を上回る長時間の安定したRFシグナルを提供します。fRとfCEOを安定させるフィードバックエレクトロニクスがLaser Quantum社のTL-1000ユニットおよびパートナーであるMenlo Systems社製XPS800-Eに搭載されています。taccor combは、筐体は密封され、プラグ・アンド・プレイ仕様で高いモード出力レベルを有し、可視光と近赤外のスペクトル範囲へ容易なアクセスが可能な光周波数コム発生源を求めているユーザーにとって理想的な製品です。1GHzの高い繰り返しレートは、広いモード間隔とスペクトル拡張後に典型値1μWのオーダーで高いモード毎出力をもたらします。(図3)

非線形ノイズ増幅でかなりのコヒーレンスロスが発生してしまう前に、taccor combの繰り返しレートでは、PCF(フォトニクス結晶ファイバー)におけるスーパーコンティニューム光の平均出力が、他の繰り返しレートより100MHzでは100倍、 あるいは250MHzでは16倍もの高い出力がえられます。(図4)。このことは、ヘテロダインビート計測やダイレクト周波数コム分光学アプリケーションにおいてすぐれたSN比をもたらします。

図1. 周波数コムモジュール(増幅とfCEOのフィルタリング前)のRFアウトプット
図2. 増幅とフィルタリング後のロックされていないfCEOシグナルのクローズアップでSNRが100kHzの分解能帯域幅で測り35dBより大きいことを示す
図3. 赤:CEO検知と光コムアプリケーションで使用される典型的なtaccor出力スペクトル
青:1m長フォトニック結晶ファイバー後の出力スペクトル
図4. 100MHzレーザー(上部の目盛)と1GHzレーザー(下部の目盛)がスーパーコンティニューム光をPCF を通して発生させたときの、CEO検知での典型的な平均RFノイズ。パルスエネルギーがおよそ30pJの閾値以上で、非線形ノイズ増幅がPCFの出力を素早く非コヒーレント化するため、1GHzシステムの採用が強く推奨されます。参照から引用されたデータ[1]
安定したパフォーマンスのためのターンキー方式のデザイン

taccor combに搭載されている拡張モジュールは、ターンキー方式のtaccorレーザーの長期的な安定を維持します。システムは再アラインメントや信号損失(図 5a)なしで何日間にも亘ってfCEOで安定したRF出力を提供します。

日ごとの使用ベースでは、taccor combは最小のユーザー操作と15分未満のスタートアップ 時間でfRとfCEOのロックを掛けることができます。fRとfCEOのビートロックの長時間安定性が、図5aと5bに示されています。

図5a. 繰り返しレートを安定化されたtaccorの周波数の長時間偏差が100時間以上にわたり極めて小さいことを示す。
(ただし、RF参照入力に制約される)
図5b. 60MHzで安定化されたCEOビートのロックポイントからの長時間偏差が100時間以上にわたり極めて小さいことを示す。
(ただし、RF参照入力に制約される)
数日間にわたる継続動作で再アラインメントは不要
CEP安定化

taccor内蔵のfinesse pure CEP励起レーザーは、Laser Quantum社の特許取得済みのCEPLoQ™技術を優れた特徴とし、532nm励起光のダイレクト変調を可能にして、従来の手法、 例えばAOMよりも速くてより安定した反応をもたらします。 こうして非常に高いフィードバックバンド幅を適用して、CEO周波数を外部参照値に位相ロックできるようになります。(図6 )

計測されたfCEOと所定の参照シグナル間の位相検出は、XPS800-E安定化ユニット(Menlo Systems社製)を使ってfinesse pure CEP入力へのフィードバックシグナルに変換されます。

大きなフィードバックバンド幅を持つfCEOの強固なをロックにより、taccor combは300mrad以下の残余統合位相エラーにおさえることができます(図7参照)。

図6. 位相ロックされたfCEOのクローズアップ
データは200Hz分解能帯域幅でえられ、搬送波の周りの対称ピークとして示されるサーボ帯域幅はおよそ250kHz
図7. 安定化したfCEOビートの周波数分解および統合された残余総合位相ノイズは230mrad(1MHz -1Hz )
繰り返しレート安定化

Laser Quantum社は高速のフェムト秒発振器のtaccorシリーズにタイミング安定化ユニットで あるTL-1000 をアクセサリーとして提供しております。TL-1000は、シンセサイザーや別のモードロックレーザーなどの外部参照値への発振器の繰り 返しレートの位相ロックを100fs未満のタイミングジッタに押さえます。 低タイミングジッタオプションが利用可能で、典型値10fs未満のタイミングジッタまで押さえる ことができます。(図8、9)

適切な10GHz参照シンセサイザをユーザーが準備する必要があります。より高い高調波の繰り返しレートで安定化が達成できます。

図8. TL-1000を使用して安定したtaccor繰り返しレートfRの位相ノイズ測定。黒色と赤色のグラフはTL-1000ユニットの標準ジッタ設定と低ジッタ設定による安定化に対応している
図9. 図8から位相ノイズを統合することで得られたタイミングジッタfRの第10次高調波での安定化が10fs未満のタイミングジッタを示す
アップグレード

特定のスーパーコンティニュームスペクトルが実験で必要な場合、taccorレーザー出力を拡張するためのフォトニック結晶ファイバー(PCF)を1、2本加える追加の拡張モジュールをtaccor combに付加することでアップグレードできます。

主な特長
  • ターンキー方式GHzフェムト秒taccorレーザー
  • CEO(キャリアエンベロープオフセット)周波数検出と安定化のための拡張モジュール
  • TL-1000を使用し繰り返しレート安定化
  • 1GHzの大きなモード間隔
  • モード当たり(典型値1μW)の高出力
  • 安定で堅牢
その他
  • 冷却システム内蔵
  • f-2f干渉計内蔵
  • fCEOロックエレクトロニクス内蔵
  • 重量:50kg

寸法図は説明だけを目的としています。完全なエンジニア用図画についてはお問合せください。

仕様
power 8 power 10
fCEO安定化後の有用な800nm出力 > 600mW > 1000mW
fCEOビート信号-雑音(SN)比(100kHzバンド幅にて) >35dB
繰り返しレート / コム間隔 1GHz
コムモード位置の波長選択性(@375 THz) 最大20GHz
残余位相ノイズ(1Hz-1MHz) 典型値300mrad
モード毎のスーパーコンティニュームモジュール出力(典型値) 100nW ~ 1μW
スーパーコンティニューム波長範囲(典型値) 520nm ~ 1200nm
安定性 1秒後に5×10-13※※または1秒後に<2x10-17※※※
正確性 参照※※と同様。10-20※※※が例示されている。参考からの引用[2]

オプションのスーパーコンティニュームモジュールにて。このオプションでは、fCEO安定化には不要な有用800nm 出力を消費します。
※※fRがRF参照にロックされているとき。適切なRFシンセサイザーをユーザーが用意する必要があります。
※※※fRが光学式参照にロックされているとき。適切な光学式参照をユーザーが供給する必要があります。

機械仕様
参考

[1] L. Hollberg et al., “Optical frequency standards and measurements”, IEEE J. Quantum Electron. 37, 1502 (2001)
[2] L.-S. Ma et al., “Optical frequency synthesis and comparison with uncertainty at the 10-19 level”, Science. 303, 1843 (2004)

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