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taccor comb


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Le taccor comb est constitué d’un puissant laser Titane:Saphir clé en main ayant une cadence de 1 GHz, incluant un module de compensation de dispersion, la génération de supercontinuum et un interféromètre f-2f ultra-stable. Il fournit un signal électrique de sortie stable à long terme à la fréquence de décalage de l’enveloppe porteuse (CEO) avec un rapport signal/bruit d’au moins 35 dB dans une bande passante de 100 kHz qui est verrouillée en phase par une référence RF de l’électronique de notre partenaire Menlo Systems. Le verrouillage de l’espacement de mode est réalisé par notre unité de synchronisation TL-1000. Un module optionnel de génération de supercontinuum est disponible pour créer un peigne de lumière stable entre 520 nm et 1200 nm.

Description du produit

Espacement de mode

1 GHz

Bande passante de verrouillage fCEO

typ. >200 kHz

Puissance utilisable à 800 nm après stabilisation

600 mW/1000 mW

Stabilité (@1 s)

5×10-13 (référence RF)

2×10-17 (référence optique)

Accordabilité de la position de mode (@375 THz)

jusqu’à 20 GHz

Précision

Idem que la référence, 8×10-20 a été démontré

Puissance par mode 1GHz

(module SC optionnel)

typ. 100 nW – 1 µW

Bruit de phase résiduel [1 Hz – 1 MHz]

typ. 300 mrad

 

Plan du système:

La configuration standard du taccor comb est fournie avec le module d’extension de peigne qui abrite l’interféromètre f-2f et les miroirs de compensation de dispersion. Il fournit un signal électrique de sortie stable à long terme à la fréquence de décalage de l’enveloppe porteuse (CEO) avec un rapport signal/bruit d’au moins 35 dB dans une bande passante de 100 kHz qui est verrouillée en phase par une référence RF de l’électronique de notre partenaire Menlo Systems. Le verrouillage de l’espacement de mode est réalisé par notre unité de synchronisation TL-1000.

Le reste de la sortie de faisceau à 800 nm du taccor qui n’est pas requise pour la détection de fCEO est rendue accessible à l’utilisateur via l’ouverture de sortie de faisceau en espace libre. Le faisceau de sortie présente des puissances moyennes allant jusqu’à 1W (600 mW avec le taccor power 6).

Avec la « sortie supercontinuum » optionnelle, un second module est ajouté et ne consomme qu’une fraction de la puissance restante en sortie (typiquement 600 mW). Le module additionnel est équipé d’une fibre de cristal photonique qui génère un supercontinuum couvrant la gamme 520-1200 nm avec une puissance moyenne allant jusqu’à 200 mW. La sortie est rendue accessible à l’utilisateur soit en espace libre, soit par un port de sortie à fibre optique multimode FC/PC.

D’autres gammes de longueurs d’onde sont disponibles sur demande.

Regardez les Avantages de l’espacement de mode GHz pour les applications de peignes de fréquences

Les lasers Titane:Saphir de Laser Quantum ont joué un rôle essentiel dans le développement de la technologie des peignes de fréquences depuis son avènement en fin des années 1990. Les groupes de Theodor Hänsch à l’Institut Max-Planck d’Optique Quantique à Garching (Allemagne) et John Hall du Joint Institute for Laboratory Astrophysics de l’Université de Colorado à Boulder (CO, USA) – qui a reçu le Prix Nobel de Physique en 2005 pour le développement du concept de peigne de fréquence basé sur un laser femtoseconde – ont acquis et utilisé des lasers Titane:Saphir de 1GHz à verrouillage de mode de Laser Quantum parmi d’autres premiers adopteurs essentiellement en raison de leur unique espacement de mode élevé. Le taux de répétition GHz offre plusieurs avantages détaillés ci-dessous :

Identification de mode plus facile – Mesurer la fréquence d‘un laser inconnu s’effectue normalement en comparant ce laser contre le mode le plus proche (ayant un indice de mode n) d’un peigne de fréquences stabilisé et en mesurant le fréquence de battement fB. Si les paramètres du peigne fR (fréquence de répétition) et fCEO (fréquence de décalage de l’enveloppe porteuse) sont connus, la fréquence du laser fL est alors fL = n x fR + fCEO ± fB. Une légère variation de fR est suffisante pour supprimer l’ambigüité dans le signe de fB. Il est cependant beaucoup plus difficile de connaitre l’indice de mode n car sa détermination nécessite une connaissance préalable de fL avec une précision meilleure que fR. Cette situation est illustrée ci-dessous où le laser inconnu est représenté par la ligne jaune et l’incertitude de fréquence antérieure par l’ombre d’un rectangle jaune. Il est donc évident que la fréquence du laser peut être mesurée sans ambiguïté dans le cas d’un espacement de mode de 1GHz mais l’indice de mode reste incertain dans le cas d’un laser à 100 MHz.

Puissance par mode plus élevée – Pour une puissance donnée d’un peigne laser, la puissance de chaque mode évolue linéairement avec l’espacement de mode, simplement parce qu’il y a moins de modes pour distribuer la puissance à des taux de répétition plus élevés. Par conséquent, les taux de répétition élevés sont clairement favorables pour améliorer le rapport signal/bruit dans n’importe quelle application. En réalité, il existe un autre facteur dans la plupart des applications pratiques qui fait que la puissance par mode peut s’échelonner quadratiquement avec le taux de répétition. Il a été démontré que la limite pratique de transmission d’énergie d’impulsion au travers de fibres de supercontinuum (SC) couramment utilisées dans les applications de peignes de fréquences présente un seuil (typiquement ~300pJ) au-delà duquel l’amplification non-linéaire du bruit rend la sortie incohérente et empêche donc son utilisation. La puissance la plus élevée possible qui puisse être couplée au travers d’une fibre micro-structurée pour un peigne laser de 100 MHz est typiquement ~30mW tandis qu’un système de 1GHz puisse offrir ~300 mW sans perte de cohérence, conduisant à un avantage net de facteur 100 pour le peigne laser de 1 GHz. Des taux de répétition plus élevés seraient favorables, mais les valeurs supérieures à 2GHz sont souvent prohibitives du fait de la difficulté accrue pour obtenir un spectre couvrant une octave via la fibre SC et par le fait que de nombreux composants et instruments d’hyperfréquences pour des applications de peignes de fréquences soient soit indisponible, soit trop cher à plusieurs GHz.

Taux d’évènements plus élevé – La spectroscopie à double peigne est une méthode qui utilise deux lasers avec verrouillage de mode ayant un léger décalage de taux de répétition pour effectuer des mesures équivalentes à la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, mais sans avoir besoin d’un scanner à long retard mécanique. La spectroscopie à double peigne peut ainsi atteindre des ordres ou une magnitude plus rapidement et être plus précise que les approches classiques. Il a été démontré que l’utilisation de taux de répétition GHz aide grandement à augmenter le taux d’évènements et le cycle de service (c’est-à-dire la fraction de mesure qui transporte des données significatives) par rapport aux systèmes de 100 MHz (Ideguchi et al., 2013) , (Mohler et al., 2017).

Accès direct au mode – Une autre aptitude des peignes laser GHz est leur capacité à créer des peignes de fréquences dont les modes peuvent être résolus soit directement, soit par un filtrage modéré de mode. Le taccor x10 crée un peigne avec un espacement de mode de 10 GHz qui peut être résolu directement via un spectromètre à réseau simple. La 1ère image ci-dessous montre un sous-ensemble de modes adjacents, espacés de 10 GHz, enregistrés avec une camera CCD. La 2ème image montre les mêmes modes mais avec un filtre spatial qui bloque les modes centraux. De telles configurations peuvent être utilisées dans divers scenarios tels que la génération arbitraire de formes d’ondes optiques, l’empreinte spectrale ou la spectroscopie avec des modes isolés.

En effet, il a été démontré que la puissance d’un seul mode du taccor x10 peut excéder 1 mW, ce qui est plus que suffisant pour effectuer une spectroscopie de saturation, e.g. sur la vapeur de Rb (Heinecke et al., 2009). L’animation ci-dessous montre quelques modes d’un taccor x10 résolus après transmission au travers une cellule de vapeur Rb tandis que le taux de répétition est balayé pour se déplacer à travers la ligne d’absorption D2.

Une application bénéficiant d’un large espacement de mode combiné avec un filtrage modéré de cavité Fabry-Pérot (FP) est la génération de peignes de fréquences pour la calibration de spectrographe astronomique, également appelés astro-peignes. Ces dispositifs nécessitent généralement des espacements de mode de plusieurs GHz à différentes gammes de longueurs d’onde et favorisent une source à partir de laquelle toutes les gammes peuvent être desservies, tout en exigeant un filtrage modéré en même temps. Des travaux récents effectués par divers groupes ont montré que les peignes laser de 1 GHz semblent être presque optimaux Etalonnage de spectrographe astronomique 

1. Ideguchi T. et al., 2013. Adaptive real-time dual-comb spectroscopy. Nature. Vol 502, p355

2. Mohler K. et al., 2017. Dual-comb coherent Raman spectroscopy with lasers of 1-GHz pulse repetition frequency. Opt. Lett. Vol 42, p318

3. Heinecke D.C. et al., 2009. Optical frequency stabilization of a 10 GHz Ti:Sapphire frequency comb by saturated absorption spectroscopy in 87Rubidium. Phys. Rev A80, 053806

 

 

Peigne de fréquences accordable

Dans sa configuration standard, le taccor power est la source motrice derrière le système taccor comb de 1 GHz et a une longueur d’once centrale proche de 800 nm avant la génération de supercontinuum (SC). Cependant, certains clients nous ont demandé de fournir un laser accordable qui leur permette d’avoir une sortie de puissance élevée stabilisée en phase à la longueur d’onde requise et/ou d’adapter la sortie de la fibre SC à des besoins spécifiques en accordant  la longueur d’onde incidente au SC. Cela a été réalisé en utilisant un taccor tune 10 pour une gamme de longueurs d’onde de 770 nm à 790 nm pour une application en optique quantique. L’image ci-dessous montre des enregistrements de fréquence de décalage verrouillée près des bords de la plage d’accordabilité de ce système comme exemple.

 

La limitation en bande passante disponible à ~20 nm provient de la capacité de créer suffisamment de lumière pour l’interféromètre f-2f. Il est cependant possible de décaler la fenêtre disponible, par exemple de 840 nm à 860 nm, en utilisant une fibre SC adaptée et un interféromètre.

Sortie SC adaptée

Nous avons collaboré avec des fabricants de fibres SC afin de faciliter les demandes des clients pour obtenir un spectre sur mesure en sortie. L’exemple ci-dessous montre le résultat obtenu pour obtenir de la lumière entre 500 nm et 550 nm avec moins de 5dB de variation en puissance. La puissance moyenne de la fibre était de 115mW et la puissance par mode était comprise entre 100 nW et 1mW entre 495 nm et 840 nm, une valeur sans précédent par rapport aux systèmes ayant un plus faible taux de répétition.

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