[光頻梳的應用]通過重復速率鎖定將GPS約束OCXO的長期穩定性轉移到Vescent的FFC-100光頻梳

摘要：我們展示了一種將Vessent的光纖頻率梳（FFC100）重復率鎖定到任何用戶提供的RF振蕩器的簡單方法。實現這種重復速率鎖定的一般方案如圖1所示。為了證明這種技術的威力，在這里，我們將FFC-100鎖定到SRS FS740 GPS規定的爐控晶體振蕩器（OCXO）上，并表明SRS FS740較好的長期頻率穩定性忠實地轉移到頻率梳模式（在時間尺度>6小時的1550 nm處<1E-12分數不穩定性或<200 Hz光學頻率不穩定性），同時保持自由運行的梳齒線寬（在1550nm處<2 kHz FWHM）。該技術可用于需要精確頻率測量的應用。當正確校準到已知的光學頻率標準（即通過單個梳齒和光譜標準之間的外差測量）時，

這種相對不穩定性可以是轉換為絕對頻率精度以實現超高精度光譜頻率梳的光學帶寬。

引言：光學頻率梳的眾多應用之一是充當所謂的“頻率尺”，能夠在寬帶。雖然有幾種特定的技術可以實現這一點，但其基本來源能力來源于梳子的每一個“齒”之間的簡單關系從光學頻率到射頻頻率：

設置：Vescent用于此演示的特定設置以及用于測量FFC-100產生的環外不穩定性如圖2所示。首先使用Vessent SLICE-FPGA-II鎖定100MHz FFC-100的梳狀參數。重復率，,在頻率上除以因子10（Valon Technology 3010a），并發送到低頻的RF端口-噪聲相位檢測器（迷你電路ZRPD-1+）。GPS專用OCXO（SRS FS740）的10 MHz輸出被發送到相位檢測器的LO端口，并且IF端口輸出被引導到Vescent D2-125伺服控制器。FFC-100的重復頻率與GPS規定的OCXO相位鎖定具有到FFC-100 PZT調制輸入的簡單比例積分器（PI）反饋。PZT調制反饋提供了高帶寬，但在動態范圍內是有限的。動態范圍為足以使FFC-100以這種方式鎖定數十分鐘，具體取決于運行期間經歷的環境參數。為了實現長期鎖定環路被接通以改變振蕩器溫度設定點，從而將PZT電壓保持在標稱值。這個慢速反饋回路集成到FFC-100中，可以通過基于文本的命令或通過前屏幕GUI啟用。

D2-125的PID參數鎖定設置為比例增益設置為-10dB。這個伺服的轉角保持在低頻（≤20 Hz）以保持自由運行梳的短期穩定性（即梳齒的“瞬時線寬”）同時將受GPS約束的SRS FS740的長期穩定性賦予光學梳齒。到實現鎖定，OCXO合成器的頻率或梳的重復率可以手動調諧，使RF和LO信號的頻率緊密重疊（在~10 Hz以內），并允許它們的相位的正交條件落在對梳狀物的PZT反饋的動態范圍內。一旦滿足此條件，可以通過將開關推入“鎖定”位置來啟用D2-125伺服。可以在示波器上查看D2-125上的直流誤差監測器，以確保該誤差信號進入零和DC誤差信號上的噪聲的AC RMS測量可以用于表征鎖的“松緊度”。

結果：最終，對當前應用來說重要的是GPS的穩定性有多好OCXO被轉移到頻率梳重復率。為了測量這一點，兩個Allan Deviation使用Microsemi 53100a時計對測量值進行比較：（1）SRS FS740 10 MHz輸出信號直接根據SRS FS752 10 MHz輸出進行測量（注意：選擇不同的GPS單元基于手頭的可用設備）。相應的Allan偏差給出了環外這兩個不同的GPS約束OCXO之間的分數不穩定性，如圖中的藍線所示3（A）。

將光學頻率梳鎖定到RF源的一個潛在缺點是等式2中所示的倍頻可能導致短期不穩定性（即。，線寬以及最終的相位噪聲）。一般來說，分數自由運行頻率梳在高偏移頻率下的頻率噪聲（通常與“瞬時線寬”）優于任何RF參考，而在低偏移時較差頻率（與頻率不穩定性或漂移相關）。通過有目的地設置轉角到低點頻率（在這種情況下為20赫茲），自由運行的*的高偏移分數頻率不穩定性可以保留頻率梳，同時仍然獲得RF的長期穩定性的優點

參考圖3（B）中的線寬測量清楚地表明了這一點，其中2kHz線寬RIO激光器與鎖定頻率梳的光齒之間的外差信號被測量為＜5kHz。Voigt擬合用于捕捉出現的少量高斯增寬由于鎖定方案。

結論：提出了一種簡單的方案，表明Vessent的光纖頻率梳可以很緊鎖定到具有長期穩定性的GPS約束OCXO，轉移到沒有降低了自由運行梳的短期光學線寬。