激光器|光学延迟扫描的双重增强( 二 )

二合一
研究人员手头的任务是构建一个激光源，该激光源由两个相干光脉冲序列组成，除了重复率的重要差异之外，它们在所有特性上基本相同。实现这一点的自然途径是在同一激光腔中创建两个梳状物。
过去已经介绍了用于实现这种激光腔复用的各种方法。但这些通常需要在空腔内放置额外的部件。这为两个梳状物引入了损耗和不同的色散特性，以及其他问题。 ETH物理学家克服了这些问题，同时仍确保两个梳子共享腔内的所有组件。

每个梳的相对强度噪声谱。根据光电二极管规格和输入功率计算散粒噪声限值。
他们通过在腔中插入“双棱镜”来实现这一点，这是一种在反射光的表面上具有两个不同角度的装置。双棱镜将腔模式分为两部分，研究人员表明，通过适当的光学腔设计，两个梳状物可以在有源腔内组件上空间分离，而在其他情况下仍然采用非常相似的路径。
这里的“有源元件”指的是产生激光的增益介质，以及所谓的SESAM（半导体可饱和吸收镜）元件，它可以实现模式锁定和脉冲产生。这些阶段模式的空间分离意味着可以产生具有不同间距的两个梳状，而大多数其他特性基本上是重复的。特别地，两个梳状物具有高度相关的定时噪声。
也就是说，虽然时间梳状结构中的缺陷不可避免地存在，但对于两个梳状结构来说，它们几乎相同，从而有可能处理这种噪声。
通往实际应用的大门
现在介绍的新型单腔结构的一个突出特点是，它不需要在激光器设计中做出妥协。相反，对于单梳操作最佳的腔结构可以容易地适用于双梳使用。由此，新设计也代表了相对于商业产品的重大简化，并为这类新型超快激光源的生产和部署开辟了一条道路。
在第一次演示中实现的基准非常令人鼓舞。研究人员以高达500Hz的速率扫描了12.5ns的光学延迟（相当于在空气中3.75米的距离），扫描精度为2-fs（物理距离小于1微米），单腔双梳激光器具有创纪录的高稳定性。

（a）具有两个光学互相关器（XCORR）的多色等效时间采样设置。（b）长期重复率差Δ\uD835\uDC53rep用XCORR 2表示稳定性。 Δ\uD835\uDC53rep设置为300Hz 。
所获得的性能，包括每个梳状物大于2.4W的高功率，小于140fs的短脉冲持续时间，以及证明的与光参量振荡器（OPO）的耦合，用于将光转换为不同的波长范围，强调了该方法在宽光谱测量中的实际潜力，从精密光学测距（绝对距离的光学测量）到高分辨率吸收光谱学和用于采样超快现象的非线性光谱学。
来源：Spatially multiplexed single-cavity dual-comb laser Optica (2022). DOI: 10.1364/OPTICA.457787