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将光纤频率梳(FFC100)重复率锁定到用户提供的RF振荡器的简单方法
更新时间:2023-07-26   点击次数:479次

[光频梳的应用]通过重复速率锁定将GPS约束OCXO的长期稳定性转移到Vescent的FFC-100光频梳

摘要:我们展示了一种将Vessent的光纤频率梳(FFC100)重复率锁定到任何用户提供的RF振荡器的简单方法。实现这种重复速率锁定的一般方案如图1所示。为了证明这种技术的威力,在这里,我们将FFC-100锁定到SRS FS740 GPS规定的炉控晶体振荡器(OCXO)上,并表明SRS FS740较好的长期频率稳定性忠实地转移到频率梳模式(在时间尺度>6小时的1550 nm处<1E-12分数不稳定性或<200 Hz光学频率不稳定性),同时保持自由运行的梳齿线宽(在1550nm处<2 kHz FWHM)。该技术可用于需要精确频率测量的应用。当正确校准到已知的光学频率标准(即通过单个梳齿和光谱标准之间的外差测量)时,

这种相对不稳定性可以是转换为绝对频率精度以实现超高精度光谱频率梳的光学带宽。

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引言:光学频率梳的众多应用之一是充当所谓的“频率尺",能够在宽带。虽然有几种特定的技术可以实现这一点,但其基本来源能力来源于梳子的每一个“齿"之间的简单关系从光学频率到射频频率:

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设置:Vescent用于此演示的特定设置以及用于测量FFC-100产生的环外不稳定性如图2所示。首先image.png使用Vessent SLICE-FPGA-II锁定100MHz FFC-100的梳状参数。重复率,image.png,在频率上除以因子10(Valon Technology 3010a),并发送到低频的RF端口-噪声相位检测器(迷你电路ZRPD-1+)。GPS专用OCXO(SRS FS740)的10 MHz输出被发送到相位检测器的LO端口,并且IF端口输出被引导到Vescent D2-125伺服控制器。FFC-100的重复频率与GPS规定的OCXO相位锁定具有到FFC-100 PZT调制输入的简单比例积分器(PI)反馈。PZT调制反馈提供了高带宽,但在动态范围内是有限的。动态范围为足以使FFC-100以这种方式锁定数十分钟,具体取决于运行期间经历的环境参数。为了实现长期锁定环路被接通以改变振荡器温度设定点,从而将PZT电压保持在标称值。这个慢速反馈回路集成到FFC-100中,可以通过基于文本的命令或通过前屏幕GUI启用。

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D2-125的PID参数image.png锁定设置为image.png比例增益设置为-10dB。这个image.png伺服的转角保持在低频(≤20 Hz)以保持自由运行梳的短期稳定性(即梳齿的“瞬时线宽")同时将受GPS约束的SRS FS740的长期稳定性赋予光学梳齿。到实现image.png锁定,OCXO合成器的频率或梳的重复率可以手动调谐,使RF和LO信号的频率紧密重叠(在~10 Hz以内),并允许它们的相位的正交条件落在对梳状物的PZT反馈的动态范围内。一旦满足此条件,可以通过将开关推入“锁定"位置来启用D2-125伺服。可以在示波器上查看D2-125上的直流误差监测器,以确保该误差信号进入零和DC误差信号上的噪声的AC RMS测量可以用于表征锁的“松紧度"。

结果:最终,对当前应用来说重要的是GPS的稳定性有多好OCXO被转移到频率梳重复率。为了测量这一点,两个Allan Deviation使用Microsemi 53100a时计对测量值进行比较:(1)SRS FS740 10 MHz输出信号直接根据SRS FS752 10 MHz输出进行测量(注意:选择不同的GPS单元基于手头的可用设备)。相应的Allan偏差给出了环外这两个不同的GPS约束OCXO之间的分数不稳定性,如图中的蓝线所示3(A)。

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将光学频率梳锁定到RF源的一个潜在缺点是等式2中所示的倍频可能导致短期不稳定性(即。,线宽以及最终的相位噪声)。一般来说,分数自由运行频率梳在高偏移频率下的频率噪声(通常与“瞬时线宽")优于任何RF参考,而在低偏移时较差频率(与频率不稳定性或漂移相关)。通过有目的地设置image.png转角到低点频率(在这种情况下为20赫兹),自由运行的优越的高偏移分数频率不稳定性可以保留频率梳,同时仍然获得RF的长期稳定性的优点

参考图3(B)中的线宽测量清楚地表明了这一点,其中2kHz线宽RIO激光器与锁定频率梳的光齿之间的外差信号被测量为<5kHz。Voigt拟合用于捕捉出现的少量高斯增宽由于image.png锁定方案。

结论:提出了一种简单的方案,表明Vessent的光纤频率梳可以很紧锁定到具有长期稳定性的GPS约束OCXO,转移到没有降低了自由运行梳的短期光学线宽。


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