[光頻梳的應(yīng)用]通過重復(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),但其基本來源能力來源于梳子的每一個(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,可以通過基于文本的命令或通過前屏幕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,可以通過將開關(guān)推入“鎖定"位置來啟用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)用來說重要的是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)。一般來說,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。
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