[发明专利]光学频率梳偏移频率的量子干涉检测

说明书

提出了用于确定频率梳的偏移频率的方法。该方法包括：生成具有在时域中有规律地重复并且在频域中呈现频率梳的波形的光束；将光束指向材料上的入射点；以及检测由光束引起的材料中的光电流的振荡。值得注意的是，光束具有包括以第一频率传播的光和以第二频率传播的光的光学带宽，其中，第一频率小于第二频率，并且第二频率与第一频率之比为n∶m，其中，n＝m+i，m为大于1的整数，以及n和i为正整数。另外，材料具有带隙并且带隙不大于第一频率的n倍。

政府条款

本发明是根据由NAVY-SPAWAR授予的批准号N6601-15-1-4050以及由DOD/DARPA授予的批准号HR0011516448在政府支持下作出的。政府对本发明具有一定权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年5月12日提交的美国临时申请第62/505,285号的权益。以上申请的全部公开内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开内容涉及用于确定光学频率梳的偏移频率的改进的方法。

背景技术

光学频率梳对一系列的技术具有重大且持续的影响。光学频率梳提供了将由任意大的频率差分开的光信号相干地链接以及将光学频率链接到无线电频率的能力。最初，对于梳的兴奋是由于梳在光学频率计量(即，对光的频率进行绝对测量)以及开发光学原子钟的反问题中的应用。然而，梳的应用一直在稳步扩展。这些包括相干通信和双梳光谱的发展，其中双梳光谱与传统方法相比可以更快地并且以更小的包产生更高的分辨率。

对于锁模激光器频率梳，稳定和控制梳偏移频率是必要的。测量偏移频率的最常见方案是f-2f自参考。f-2f自参考的一种实现方式是检测由跨半导体隙的同时单光子和双光子吸收引起的光电流的量子干涉控制(QuIC)。该QuIC自参考方案已用于测量和稳定钛:蓝宝石激光器频率梳的载波包络相位。然而，该方案和所有其他f-2f方案均需要跨越至少倍频程(即，频率上的两倍)的频谱。

该部分提供了与本公开内容相关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。

发明内容

本部分提供了本公开内容的总体概述，而不是对其全部范围或全部特征的全面公开。

提出了一种用于确定频率梳的偏移频率的方法。该方法包括：生成具有在时域中有规律地重复并且在频域中呈现频率梳的波形的光束，其中，光束具有光学带宽，该光学带宽包括以第一频率传播的光和以第二频率传播的光，使得第一频率小于第二频率，并且第二频率与第一频率之比为n∶m，其中，n＝m+i，m为大于1的整数，并且n和i为正整数；将光束指向材料上的入射点，其中，材料具有带隙并且带隙不大于第一频率的n倍；以及检测由光束引起的材料中的光电流的振荡。

在一个实施方式中，第二频率与第一频率之比为n∶m，其中，n＝m+1，m为大于1的整数，并且n为正整数。更具体地，第二频率与第一频率之比可以是3∶2。

光束的波形在时域中由一系列光脉冲限定。

可以使用锁模激光器生成第一光束。

光束的重复率可以在10兆赫兹至10吉赫兹的范围内。

将材料进一步限定为半导体或绝缘体之一。

在一些情况下，材料具有大于第一频率的两倍但小于第一频率的三倍的带隙。

可以通过测量光电流的振荡的频率(例如，使用在材料的表面上设置的电极)来检测光电流的振荡。

在一些实施方式中，光电流的振荡横向于光的传播方向流过材料。材料被布置成使得光束不沿材料的对称轴传播。

在另一实施方式中，光电流的振荡平行于光的传播方向流过材料。