Language
Высокий

Новости

ДомДом / Новости / Высокий
search
СВЕЖИЕ НОВОСТИ

Jun 13, 2023

Ethernet-адаптер SFP-RJ45 2,5 Гбит/с продается за 25 долларов США с доставкой

Jul 11, 2023

3D-интеграция обеспечивает сверхнизкие

Jul 15, 2023

5 лучших кабелей HDMI 8K, которые вы можете купить

Aug 16, 2023

5 лучших надежных лицевых панелей PS5 с вентиляционными отверстиями

Jun 17, 2023

7 лучших адаптеров USB-Ethernet для ноутбуков и MacBook

ОТПРАВИТЬ ЗАПРОС
ПРЕДСТАВЛЯТЬ НА РАССМОТРЕНИЕ

Jul 09, 2023

Высокий

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 5762 (2023) Цитировать эту статью 862 Доступы Метрики Подробности Контуры сдвига частоты, состоящие из оптоволоконного кольцевого резонатора, частотного модулятора и

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5762 (2023) Цитировать эту статью

862 Доступа

Подробности о метриках

Контуры сдвига частоты, состоящие из оптоволоконного кольцевого резонатора, частотного модулятора и усилителя для компенсации потерь, обеспечивают высокоскоростное сканирование частоты с точными и легко контролируемыми шагами частоты. Эта платформа особенно привлекательна для приложений в спектроскопии и оптической локации. Однако усиленный шум спонтанного излучения накапливается из-за многократного усиления света, циркулирующего в резонаторе, что ограничивает диапазон сканирования частоты существующих контуров сдвига частоты (ПСЛ). Здесь мы представляем каскадный подход, который устраняет это основное ограничение. Последовательно соединяя несколько FSL с разными частотными сдвигами, мы можем значительно увеличить доступный диапазон сканирования. Мы представляем моделирование, показывающее потенциал этого подхода для обеспечения сканирования в диапазонах до 1 ТГц — десятикратное увеличение по сравнению с современным уровнем техники. Экспериментально мы построили пару каскадных FSL, способных сканировать диапазон 200 ГГц с шагом 100 МГц за 10 мс, и использовали эту платформу для проведения спектроскопических измерений поглощения ячейки H13C14N. За счет увеличения рабочей полосы пропускания FSL каскадный подход, представленный в этой работе, может позволить реализовать новые приложения, требующие точного и высокоскоростного сканирования частоты.

Лазеры с перестраиваемой частотой необходимы для различных приложений, включая абсорбционную спектроскопию, определение дальности, лидар и определение характеристик фотонных устройств. Хотя перестраиваемые лазеры значительно продвинулись за последние годы1, получение высокоскоростной настройки частоты с постоянным размером шага остается проблемой, и многие системы лазерного сканирования полагаются на обширную калибровку или мониторинг на месте для компенсации нелинейностей в частоте сканируемого лазера2,3. Альтернативный подход заключается во внешней модуляции лазера непрерывного действия (CW) с фиксированной частотой. Однако этот подход обычно ограничивается настройкой в ​​скромных диапазонах частот из-за ограниченной полосы пропускания оптических модуляторов и требований к высокоскоростной электронике привода. Контуры сдвига частоты (FSL) представляют собой привлекательную альтернативу, накапливая большие сдвиги частоты за счет рециркуляции света через один модулятор 10 или 100 раз4.

Контуры сдвига частоты обычно состоят из оптоволоконного кольцевого резонатора, содержащего модулятор сдвига частоты, усилитель, который используется для компенсации потерь, и полосовой фильтр, используемый для подавления усиленного спонтанного излучения (ASE). После каждого прохождения цикла свет претерпевает дополнительный сдвиг частоты. FSL можно использовать для создания гребенки оптических частот путем заполнения ее CW-светом5. С другой стороны, если импульсный свет подключен к FSL, его можно использовать для генерации последовательности импульсов, равномерно распределенных по времени и частоте6. Это обеспечивает точное и высокоскоростное сканирование частоты с помощью модулятора и приводной электроники с относительно узкой полосой пропускания. Эти особенности привели к использованию FSL в широком спектре приложений, включая абсорбционную спектроскопию7,8,9, гребенку оптических частот10, оптический анализ Фурье11, распределенное зондирование волокон12,13, генерацию сигналов произвольной формы14 и анализ радиочастотного спектра15. Основным недостатком FSL является то, что общая полоса пропускания ограничивается накоплением ASE из-за продолжающегося усиления света в контуре. В результате полоса пропускания FSL обычно ограничивается несколькими десятками ГГц (насколько нам известно, самая широкая полоса частот FSL охватывает 100 ГГц16), прежде чем ASE начнет доминировать.

В этой работе мы представляем каскадную архитектуру FSL, способную значительно увеличить диапазон сканирования частоты и количество генерируемых шагов частоты, прежде чем ASE начнет доминировать. Мы показываем, что объединение начальной FSL с меньшими шагами по частоте, а затем второй FSL с большими шагами по частоте, позволяет нам значительно увеличить диапазон сканирования, минимизируя при этом нарастание ASE. Мы представляем результаты моделирования, показывающие, что правильно спроектированная каскадная FSL может обеспечить сканирование на частоте более 1 ТГц до того, как ASE начнет доминировать. В качестве первоначальной демонстрации мы построили каскадную FSL, способную генерировать 2000 импульсов с шагом 100 МГц в общем диапазоне 200 ГГц, и использовали систему для проведения спектроскопических измерений поглощения ячейки H13C14N. Предоставляя метод увеличения диапазона сканирования FSL, эта работа расширит возможности применения этого мощного подхода к высокоскоростному сканированию частот.

1 GHz). The round-trip time in the second loop is defined as \(\Delta {t}_{2}\) and should be slightly longer than the pulse duration \(\tau\). The number of pulses generated in the second loop, \({N}_{2}\), then sets a limit on the required delay in the first loop as \({\Delta t}_{1}\ge {N}_{2}{\Delta t}_{2}\). Similarly, the delay between the seed pulses and the length of the overall pulse train is \({t}_{train}\ge {N}_{1}{\Delta t}_{1}\ge {N}_{1}\left({N}_{2}{\Delta t}_{2}\right).\) Under these conditions, the output of the second FSL will be a train with \({N}_{1}\cdot {N}_{2}\) total pulses. The pulses do not increase monotonically in frequency, but rather increase in steps of \(\Delta {f}_{2}\) before resetting to the frequency of the next pulse out of FSL1, as shown in Fig. 1b and color-coded in the inset of Fig. 1a. In principle, it is possible to use smaller delays in the first FSL and longer delays in the second FSL to generate a pulse train that increases monotonically in frequency. However, this would result in uneven delays between pulses arriving at EDFA1 in the first FSL and increase the impact of EDFA saturation effects. In practice, we found that the approach shown in Fig. 1, where \({\Delta t}_{1}\gg {\Delta t}_{2}\), enables a stable pulse train with more uniform amplitude in each pulse./p> 7 dB across 10,000 pulses by using the first FSL to generate 200 pulses covering 20 GHz. This shows the potential for this approach to dramatically extend the operating range of FSLs. The number of pulses generated in each FSL should be optimized based on the overall bandwidth of the desired pulse train and the loss in each loop. In this case, the SNR is considerably lower if the first FSL was used to generate 100 pulses or 1000 pulses rather than the ideal 200 to 500 pulses. For comparison, we also modeled the SNR of a single FSL with the same loss (\(T=0.05\)) designed to produce pulse trains covering 50 to 200 GHz in steps of 100 MHz. In each case, the bandpass filter was set equal to the total bandwidth of the generated pulse train. As shown in Fig. 2b, the single FSL cannot provide frequency shifts exceeding ~ 100 GHz before the SNR drops below 0 dB. In general, the acceptable SNR will depend on the application and this type of model can be used to study the bandwidth which can be achieved using a cascaded FSL while maintaining a required SNR./p> 7 dB. (b) Simulated SNR for a single FSL designed to generate pulse trains with 100 MHz spacing across 50 to 200 GHz. The single FSL can only generate a pulse train covering ~ 100 GHz with SNR > 0 dB./p> 10 dB across the entire 200 GHz. Curiously, the SNR actually improves at the end of the pulse train using the 100 GHz filter. This was due to ASE generated in the first loop (covering a 100 GHz band) which was eventually shifted outside of the bandpass filter in the second FSL near the end of the pulse train. For comparison, we also modeled the SNR we could expect if we tried to use the first FSL to cover the entire 200 GHz range. In this case, we used the same loss of \({T}_{1}=0.005\) and the bandpass filter was set to \({\Delta F}_{1}=200\text{ GHz}.\) As shown in Fig. 3, the SNR drops below 0 dB after only ~ 60 GHz, clearly showing the advantage of the cascaded approach./p> 10 dB across the entire span. The SNR if a single FSL was used to generate a 200 GHz pulse train is also shown, indicating that the SNR drops below 0 dB after ~ 60 GHz./p> 0 dB up to a shift of ~ 60 GHz. Since the pulses that should have probed the second absorption line near 140 GHz were dominated by broadband ASE, no absorption was observed. This confirms that the cascaded FSL approach can enable spectroscopy measurements over a larger bandwidth than a single FSL./p>