search
itItaliano
banner
Casa / Notizia / Alto
Notizia
pageSearch
Ultime notizie

Alto

May 18, 2023May 18, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5762 (2023) Citare questo articolo

759 accessi

Dettagli sulle metriche

Gli anelli di spostamento della frequenza, costituiti da una cavità dell'anello in fibra ottica, un modulatore di frequenza e un amplificatore per compensare la perdita, consentono la scansione della frequenza ad alta velocità con passaggi di frequenza precisi e facilmente controllabili. Questa piattaforma è particolarmente interessante per le applicazioni in spettroscopia e misurazione ottica. Tuttavia, il rumore amplificato dell'emissione spontanea si accumula a causa della ripetuta amplificazione della luce che circola nella cavità, limitando il campo di scansione della frequenza degli anelli di spostamento di frequenza (FSL) esistenti. Qui, introduciamo un approccio a cascata che affronta questa limitazione di base. Collegando più FSL in serie con diversi spostamenti di frequenza siamo in grado di aumentare notevolmente la portata di scansione accessibile. Presentiamo un modello che mostra il potenziale di questo approccio per consentire la scansione su gamme fino a 1 THz, un aumento di dieci volte rispetto allo stato dell'arte. Sperimentalmente, abbiamo costruito una coppia di FSL in cascata in grado di scansionare una gamma di 200 GHz con passi di 100 MHz in 10 ms e abbiamo utilizzato questa piattaforma per eseguire misurazioni di spettroscopia di assorbimento di una cella H13C14N. Aumentando la larghezza di banda operativa delle FSL, l'approccio a cascata introdotto in questo lavoro potrebbe consentire nuove applicazioni che richiedono una scansione della frequenza precisa e ad alta velocità.

I laser a frequenza regolabile sono essenziali per una varietà di applicazioni, tra cui la spettroscopia di assorbimento, la misurazione della distanza, il LIDAR e la caratterizzazione dei dispositivi fotonici. Sebbene i laser sintonizzabili abbiano fatto notevoli progressi negli ultimi anni1, ottenere una sintonizzazione della frequenza ad alta velocità con dimensioni di passo costanti rimane una sfida e molti sistemi di scansione laser si affidano a una calibrazione approfondita o al monitoraggio in situ per compensare le non linearità nella frequenza laser scansionata2,3. Un approccio alternativo consiste nel modulare esternamente un laser a onda continua (CW) a frequenza fissa. Tuttavia, questo approccio è tipicamente limitato alla sintonizzazione su gamme di frequenza modeste a causa della larghezza di banda finita dei modulatori ottici e dei requisiti per l'elettronica di azionamento ad alta velocità. I circuiti di spostamento di frequenza (FSL) forniscono un'alternativa interessante accumulando ampi spostamenti di frequenza facendo ricircolare la luce attraverso un singolo modulatore 10 o 100 volte4.

Gli anelli di spostamento di frequenza sono tipicamente costituiti da una cavità dell'anello in fibra ottica contenente un modulatore di spostamento di frequenza, un amplificatore utilizzato per compensare la perdita e un filtro passa-banda utilizzato per sopprimere l'emissione spontanea amplificata (ASE). Dopo ogni viaggio di andata e ritorno nel circuito, la luce subisce un ulteriore spostamento di frequenza. L'FSL può essere utilizzato per generare un pettine di frequenza ottica seminandolo con luce CW5. In alternativa, se la luce pulsata viene accoppiata all’FSL, può essere utilizzata per generare un treno di impulsi equidistanti nel tempo e nella frequenza6. Ciò consente una scansione della frequenza precisa e ad alta velocità con un modulatore di larghezza di banda relativamente basso e un'elettronica di comando. Queste caratteristiche hanno portato all'uso delle FSL in un'ampia gamma di applicazioni tra cui la spettroscopia di assorbimento7,8,9, la manipolazione del pettine di frequenza ottica10, l'analisi ottica di Fourier11, il rilevamento di fibre distribuite12,13, la generazione di forme d'onda arbitrarie14 e l'analisi dello spettro RF15. Lo svantaggio principale delle FSL è che la larghezza di banda complessiva è limitata dall'accumulo di ASE dovuto alla continua amplificazione della luce nel circuito. Di conseguenza, gli FSL sono in genere limitati a una larghezza di banda di poche decine di GHz (l'FSL di banda più ampia riportato a nostra conoscenza si estendeva su 100 GHz16) prima che ASE inizi a dominare.

In questo lavoro, introduciamo un'architettura FSL a cascata in grado di aumentare notevolmente l'intervallo di scansione della frequenza e il numero di passi di frequenza generati prima che l'ASE inizi a dominare. Mostriamo che la combinazione di un FSL iniziale con passi di frequenza più piccoli seguito da un secondo FSL con passi di frequenza più grandi ci consente di aumentare significativamente la portata di scansione riducendo al minimo l'accumulo di ASE. Presentiamo simulazioni che indicano che un FSL in cascata adeguatamente progettato potrebbe consentire la scansione su 1 THz prima che ASE inizi a dominare. Come dimostrazione iniziale, abbiamo costruito un FSL in cascata in grado di produrre 2000 impulsi in passi di 100 MHz su una gamma totale di 200 GHz e abbiamo utilizzato il sistema per eseguire misurazioni di spettroscopia di assorbimento di una cella H13C14N. Fornendo un metodo per aumentare la portata di scansione delle FSL, questo lavoro aumenterà le applicazioni per questo potente approccio alla scansione di frequenza ad alta velocità.

1 GHz). The round-trip time in the second loop is defined as \(\Delta {t}_{2}\) and should be slightly longer than the pulse duration \(\tau\). The number of pulses generated in the second loop, \({N}_{2}\), then sets a limit on the required delay in the first loop as \({\Delta t}_{1}\ge {N}_{2}{\Delta t}_{2}\). Similarly, the delay between the seed pulses and the length of the overall pulse train is \({t}_{train}\ge {N}_{1}{\Delta t}_{1}\ge {N}_{1}\left({N}_{2}{\Delta t}_{2}\right).\) Under these conditions, the output of the second FSL will be a train with \({N}_{1}\cdot {N}_{2}\) total pulses. The pulses do not increase monotonically in frequency, but rather increase in steps of \(\Delta {f}_{2}\) before resetting to the frequency of the next pulse out of FSL1, as shown in Fig. 1b and color-coded in the inset of Fig. 1a. In principle, it is possible to use smaller delays in the first FSL and longer delays in the second FSL to generate a pulse train that increases monotonically in frequency. However, this would result in uneven delays between pulses arriving at EDFA1 in the first FSL and increase the impact of EDFA saturation effects. In practice, we found that the approach shown in Fig. 1, where \({\Delta t}_{1}\gg {\Delta t}_{2}\), enables a stable pulse train with more uniform amplitude in each pulse./p> 7 dB across 10,000 pulses by using the first FSL to generate 200 pulses covering 20 GHz. This shows the potential for this approach to dramatically extend the operating range of FSLs. The number of pulses generated in each FSL should be optimized based on the overall bandwidth of the desired pulse train and the loss in each loop. In this case, the SNR is considerably lower if the first FSL was used to generate 100 pulses or 1000 pulses rather than the ideal 200 to 500 pulses. For comparison, we also modeled the SNR of a single FSL with the same loss (\(T=0.05\)) designed to produce pulse trains covering 50 to 200 GHz in steps of 100 MHz. In each case, the bandpass filter was set equal to the total bandwidth of the generated pulse train. As shown in Fig. 2b, the single FSL cannot provide frequency shifts exceeding ~ 100 GHz before the SNR drops below 0 dB. In general, the acceptable SNR will depend on the application and this type of model can be used to study the bandwidth which can be achieved using a cascaded FSL while maintaining a required SNR./p> 7 dB. (b) Simulated SNR for a single FSL designed to generate pulse trains with 100 MHz spacing across 50 to 200 GHz. The single FSL can only generate a pulse train covering ~ 100 GHz with SNR > 0 dB./p> 10 dB across the entire 200 GHz. Curiously, the SNR actually improves at the end of the pulse train using the 100 GHz filter. This was due to ASE generated in the first loop (covering a 100 GHz band) which was eventually shifted outside of the bandpass filter in the second FSL near the end of the pulse train. For comparison, we also modeled the SNR we could expect if we tried to use the first FSL to cover the entire 200 GHz range. In this case, we used the same loss of \({T}_{1}=0.005\) and the bandpass filter was set to \({\Delta F}_{1}=200\text{ GHz}.\) As shown in Fig. 3, the SNR drops below 0 dB after only ~ 60 GHz, clearly showing the advantage of the cascaded approach./p> 10 dB across the entire span. The SNR if a single FSL was used to generate a 200 GHz pulse train is also shown, indicating that the SNR drops below 0 dB after ~ 60 GHz./p> 0 dB up to a shift of ~ 60 GHz. Since the pulses that should have probed the second absorption line near 140 GHz were dominated by broadband ASE, no absorption was observed. This confirms that the cascaded FSL approach can enable spectroscopy measurements over a larger bandwidth than a single FSL./p>

Precedente: Softing lancia il tester per cavi Ethernet CableMaster 210 Prossimo: "Non merita una lotta per il titolo": Twitter reagisce al rapido tocco di Khamzat Chimaev su Kevin Holland a UFC 279
Invia richiesta
Inviare