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高稳定性、低噪声飞秒激光器用于时间分发

高稳定性的时间信号分发对于大科学装置(如粒子加速器等)基础设施有非常重要的意义。未来加速器对于稳定时基的要求将会越来越高。基于自由电子激光的最新一代高亮度超快X射线光源通常要求其分配到加速器和激光系统的射频信号具备10飞秒以下的时间精度。

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能够满足如此精度时间分发的解决方案是基于光纤传输线的时间分发系统。这种技术充分利用光通讯技术以及光学计量技术的优势,可提供加速器和激光器之间飞秒量级的同步时序。传输系统采用锁模激光器产生的超低噪音脉冲序列作为参考时基。来自主振荡器的时基信号通过光纤链路传递至多个远端的终端站,同时对传输延时加以稳定控制。锁模激光或微博振荡器与稳定的光纤链路末端时基信号牢固锁定。[1]

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另外一个光纤时基分配的示例是射电望远镜阵列。在射电望远镜阵列中,多个天线必须同步以实现精确的望远镜指向、处理设备的时间同步以及观察数据的在线处理。[2]

总之,光学时钟分发与同步在将来会越来越重要。例如高精度导航、重力测量、相干阵列或相对论实验等技术也应用都将依赖于通过地基光纤链路或卫星自由空间光链路实施的时间同步和比较。

Menhir Photonics 产品

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Menhir Photonics 为高精度时基分配提供极低位相噪声、高可靠度的锁模激光器。图1展示了250MHz重复频率的MenHIR-1550 的典型位相噪声。相位噪声在10GHz载波(40阶谐波)上测量。噪声本底给出的累积时间抖动上限越为500as(阿秒)。

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Fig 1.:(上) 在10GHz谐波上测量250MHz重频的MENHIR-1550激光器的位相噪声功率谱;

(下)同一台激光器的10MHz起累积时间抖动.

MENHIR提供200MHz - 2.5GHz 锁模飞秒激光器。激光器可提供调节带宽>50kHz的快速重频精调选件,用于与其他装置的重频或位相锁定。同时可提供泵浦电流的快速调制选件。

MENHIR-1550 系列采用工业级的质量和环境适应性设计,经历严苛的振动、冲击以及其他外部干扰的测试(可包括宇航相关标准的测试)。针对空间有限的应用场合,可提供定制的小尺寸版本。

[1] Xin, M., Safak, K., Peng, M. Y., Kalaydzhyan, A., Wang, W., Mücke, O. D., K?rtner, F. X., “Attosecond precision multi-kilometer laser-microwave network”, Light Sci. Appl. 6, e16187 (2017)

[2] Cliche, J.-F. & Shillue, B. “Precision timing control for radioastronomy: maintaining femtosecond synchronization in the Atacama Large Millimeter Array”, IEEE Control Syst. 26, 19–26 (2006)

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