基于光子集成 4.0 米环形谐振腔的 36 Hz 积分线宽激光器
光学
2022-09-08 v1
摘要
激光稳频处于许多精密科学实验与应用的核心，包括量子信息科学、计量学和原子计时。这些系统通过将激光锁定到台式、超高品质因数（Q）、真空间隔的法布里-珀罗参考腔，利用 Pound-Drever-Hall（PDH）锁频来压窄激光线宽并稳定载波。将这些腔体集成化，以将 PDH 稳频特性带入芯片尺度，对于减小其尺寸、成本和重量，并实现广泛的便携式和片上系统应用至关重要。我们报道了集成激光线宽压窄、稳频和噪声抑制方面的重大进展，利用光子集成 4.0 米长环形谐振腔来稳定半导体激光器。我们实现了 36 Hz 1/π-积分线宽、在 10 ms 测量时间下 1.8x10^{-13} 的艾伦偏差（ADEV）以及 2.3 kHz/sec 的漂移，据我们所知，这是集成参考腔所展示的最低积分线宽和最高稳定性。我们展示了两种环形设计，分别稳定工作于 1550 nm 和 1319 nm 的激光器。该谐振腔通过总线耦合到一个 4.0 米长的环形线圈，具有 49 MHz 自由光谱范围（FSR）、1.0x10^{10} μm^3 的模体积和 1.42 亿的本征 Q，制备于 CMOS 兼容、超低损耗氮化硅波导平台。我们的测量和仿真表明，在具有简单被动隔振且无真空或热隔离的环境条件下，该特定腔体的热折射噪声底在频率低至 20 Hz 时即被达到。受 TRN 限制的性能估计为 8 Hz 1/π 积分线宽和 10 ms 时 5x10^{-14} 的 ADEV，开启了一个此前仅在根本未集成系统中才可获得的稳定 regime。
引用
@article{arxiv.2112.09246,
title = {36 Hz integral linewidth laser based on a photonic integrated 4.0-meter coil resonator},
author = {Kaikai Liu and Nitesh Chauhan and Jiawei Wang and Andrei Isichenko and Grant M. Brodnik and Paul A. Morton and Ryan Behunin and Scott B. Papp and Daniel J. Blumenthal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.09246},
year = {2022}
}
备注
arXiv admin note: text overlap with arXiv:2107.03595