光学频率梳FREQUENCY COMBS

       光频梳是由频域中一系列离散的等距线组成的光谱。光频梳可以通过不同的方式产生，但自从 John L. Hall 和 Theodor W. Hänsch 使用锁模激光器对光频梳技术做出开创性贡献后，他们获得了更多的关注，他们都于 2005 年获得了诺贝尔物理学奖. 频率梳可用于频率计量[1]、精密光谱学[2]、距离测量[3]或电子通信[4]，等应用。
     光频梳可以看作是频率的尺子。如果已知梳状频率，则可以通过测量拍频来测量其他频率。这些拍频的频率就是未知频率和梳状频率的频率差。对于宽频率范围（长光学尺）内的测量，频率梳需要大带宽。

       飞秒锁模激光器非常适合用于产生宽带频率梳。锁模激光器的光谱由间隔等于脉冲重复频率(frep)的离散线组成。这已经是几纳米到几十纳米带宽的频率梳。使用激光腔外的强光学非线性作用，例如来自高度非线性光纤 (HNLF) 的光学频率梳的光谱会进一步变宽。这些技术可以产生所谓的倍频程谱，即最高频率至少是最低频率两倍的光谱 。

        如果脉冲序列是完全周期性的——同样相对于电场而不仅仅是脉冲包络——所有的梳状线将只是脉冲重复频率的谐波。实际上，电场的振荡相对于脉冲包络会不断偏移。在脉冲到脉冲的基础上，载波峰值从场包络峰值滑移的速率称为载波包络偏移 (CEO)。在频域中，载波包络偏移频率 (f_CEO ) 是频率梳与光谱中“零点”的偏移。如果已知两个参数f_rep和f_CEO，则梳子的所有频率都是已知的。

        频率梳的噪声非常重要。噪声源可以是机械振动、泵浦强度波动或不同类型的量子过程，例如输出耦合的随机本质或增益介质中的自发辐射。不同梳状线上的噪声是部分相关的，例如来自镜子振动的噪声，但存在一些不相关的噪声水平。一个额外的复杂性是 frep 和 f CEO上的噪声也同样存在部分相关，但在不同程度上取决于噪声源[5]。通常，为了执行超精密测量，f_rep和 f_CEO都是稳定的。f_CEO可以通过反馈系统来稳定，其中误差信号可以从 f-2f 干涉仪产生[6,7]。稳定频率梳可能非常复杂，因此在频率梳产生的源头使用具有最佳噪声性能的锁模激光器非常重要。

Menhir Photonics GHz高重频低噪声锁模光纤飞秒激光器MENHIR-1550：

        Menhir Photonics提供锁模激光器，具有当今市场上最低的相位噪声和极高可靠性。图1显示了menhir-1550系列自激激光器的典型相位噪声测量，在10GHz载波上测量，即40次谐波(250MHz脉冲重复率)。请注意，测量的本底噪声将集成时间抖动限制为大约500 as(阿秒)。

图(1) 在10GHz谐波下测量的自激Menhir-1550 250Mhz激光器的相位噪声谱。图(2)对于相同的自由运行激光器，从10MHz开始的集成抖动时间。

[1] T. Udem et al., “Absolute optical frequency measurement of the cesium D-1 line with a mode-locked laser”, Phys. Rev. Lett. 82 (18), 3568 (1999) 
[2] N. Picqué and T. W. Hänsch, “Frequency comb spectroscopy”, Nature Photon. 13, 146 (2019)
[3] T. R. Schibli et al., “Displacement metrology with sub-pm resolution in air based on a fs-comb wavelength synthesizer”, Opt. Express 14 (13), 5984 (2006) 
[4] P. Marin-Palomo et al., “Microresonator-based solitons for massively parallel coherent optical communications”, Nature 546, 274 (2017)
[5] R. Paschotta et al., “Optical phase noise and carrier–envelope offset noise of mode-locked lasers”, Appl. Phys. B 82 (2), 265 (2006)
[6] H. R. Telle et al., “Carrier–envelope offset phase control: a novel concept for absolute optical frequency measurement and ultrashort pulse generation”, Appl. Phys. B 69, 327 (1999)
[7] . D. J. Jones et al., “Carrier–envelope phase control of femtosecond mode-locked lasers and direct optical frequency synthesis”, Science 288, 635 (2000)