近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率光纖激光技術(shù)實驗室在高重頻飛秒光學(xué)頻率梳光源方向取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊首次報道了一種基于腔內(nèi)諧振濾波技術(shù)的GHz低噪聲九字腔摻鉺光頻梳。相關(guān)研究成果以GHz figure-9 Er-doped optical frequency comb based on nested fiber ring resonators為題，發(fā)表在《激光與光子學(xué)評論》（Laser Photonics Reviews）上。

九字腔光纖光頻梳是目前技術(shù)成熟度最高的光頻梳技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于車載、星載、外場等非實驗室環(huán)境，推動了光頻梳相關(guān)應(yīng)用的發(fā)展。重復(fù)頻率近GHz的光頻梳在雙梳測距、光譜檢測以及天文頻標(biāo)等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。然而，目前九字腔光纖光頻梳的重頻一般小于250MHz，其重頻的提升仍然面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。由于非線性放大環(huán)鏡（NALM）鎖模技術(shù)需要一定長度的光纖來積累足夠的非線性相移差以啟動鎖模，傳統(tǒng)的短諧振腔方案難以適用于九字腔的結(jié)構(gòu)。

針對上述問題，該團(tuán)隊采用嵌套腔結(jié)構(gòu)（圖1），由兩個光纖耦合器熔接構(gòu)成的Fabry–Pérot（F-P）腔對外部NALM諧振腔進(jìn)行模式濾波。當(dāng)內(nèi)、外腔的自由光譜范圍精確匹配時，可將九字腔光纖光頻梳的重頻倍增至GHz。實驗結(jié)果表明，該激光器具備優(yōu)異的脈沖自啟動性能和長期穩(wěn)定性（圖2）。區(qū)別于高次諧波鎖模，嵌套腔方案可通過合理的內(nèi)腔參數(shù)設(shè)計，配合增益競爭機(jī)制，來有效抑制超模噪聲，實現(xiàn)高相干、低噪聲的GHz重頻光頻梳。實驗通過對該光頻梳的載波包絡(luò)相位偏移頻率的測量，驗證了其頻率梳齒分量間的高相干性（圖3）。該GHz重頻九字腔光纖光頻梳在激光雷達(dá)、雙梳測距、光譜檢測等領(lǐng)域頗具應(yīng)用前景。

研究工作得到中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、國家自然科學(xué)基金和上海市自然科學(xué)基金的支持。

圖1.基于嵌套光纖環(huán)形諧振腔的9字腔光頻梳裝置圖

圖2.單孤子狀態(tài)連續(xù)運行90分鐘的穩(wěn)定性：（a）測量光譜的時間演變，色條表示光功率譜密度；（b）重復(fù)頻率的變化；（c）典型光譜和（d）80分鐘時的射頻頻譜；（e）輸出脈沖的典型自相關(guān)信號。

圖3.（a）基于f-to-2f的載波包絡(luò)偏移頻率檢測；（b）在10kHzRBW下自由運行ceo拍頻信號。