利用SLICE-OPL將GPS的長期穩定性轉移到Vescent RUBRIComb™ 光學頻率梳的重復頻率上。

摘要

我們演示了SLICE-OPL偏移鎖相伺服器可以便利的將Vescent RUBRIComb™ 光纖頻率梳的重復頻率鎖定到用戶提供的射頻震蕩器。在接下來的舉例中，SLICE-OPL時鐘被SRS FS752 GPS-disciplined oven-controlled crystal oscillator (OCXO)約束。在這套配置中， SRS FS752的穩定性被轉移到頻率梳模式上，在超過2小時的時間跨度中，使得分數不穩定性小于3E-12。

引言

頻率梳因其將微波和射頻（RF）域的頻率耦合到光域的能力而受到重視。頻率梳的每個“齒”或模式都是由這種關系聯系在一起的。

(1) ?n=?CEO+n·?rep

每個梳式模式的頻率?n僅取決于兩個梳式參數：載波包絡偏移頻率?CEO和重復頻率?rep。根據方程將這兩個參數的穩定性傳遞到每一個梳型。

通過將這些參數鎖定到穩定的頻率標準，頻率梳成為實驗室中所有其他激光器的精確頻率參考。

重復頻率鎖定的方法是將這兩個參數直接鎖定到射頻源。在這種方法中，重點是使用穩定的頻率源進行鎖定?rep

，因為正如上面的公式所示，每個頻率梳模式的不穩定性大約按其模態數n放大。對于光學模式，這個因子通常大于~106。幸運的是，GPS規范的振蕩器易于訪問，具有成本效益的頻率標準，可以依賴于頻率鎖定。此外，即使頻率不穩定性增加到光域，n，分數頻率不穩定性保持不變，允許這些低成本射頻源的z*越性能通過頻率梳到光域。

圖 1所示為使用SLICE-OPL便利的將重復頻率鎖定RUBRIComb到RF參考信號的一般方法。 在設置過程中，頻率計數器也參考頻率梳調諧的GPS輔助信號。

在這里我們演示了一種簡單的方法，通過SLICE-OPL偏移鎖相伺服器便利的將Vescent RUBRIComb-100頻率梳的?rep鎖定到GPS-derived信號。SLICE-OPL設計用于鎖相射頻信號，在這種情況下?rep轉換為由內部直接數字合成器（DDS）生成的可編程的信號。將DDS時鐘引用到 GPS-disciplined OCXO的10 MHz音調，將?rep的穩定性鏈接到GPS信號，正如我們將通過環外不穩定性測量顯示的那樣。

將?rep鎖定到 GPS-DISCIPLED OCXO 上

將頻率梳的重復頻率鎖定到用戶提供的射頻參考信號的設置如圖1所示。RUBRIComb-100 的 ?CEO參數由 Vescent SLICE-FPGA-II 數字反饋控制器鎖定，SLICE-OPL 控制?rep反饋回路。由于 ?CEO的不確定度不隨模數n比例增大，根據等式二，射頻源的不穩定性相對于總的光模不穩定性在被鎖定的參數上有著微不足道的貢獻。因此，我們強調頻率梳?rep RF Out信號要經過濾波以隔離基模。來自SRS FS752 GPS-disciplined OCXO的10 MHz信號連接到SLICE-OPL參考端口（Ref. In）。SLICE-OPL配置為使用該信號來穩定其內部DDS的頻率。決定DDS頻率的SLICE-OPL目標頻率被設置為頻率的標準重復頻率（100MHz）。

在鎖捕獲期間，SLICE-OPL信號濾波器最初設置為應用一個簡單的比例積分器濾波器，其PI角為200 Hz，比例增益為-10 dB。鎖定啟動后，可以調整這兩個值，以平衡維持鎖定和保持光學頻率梳梳齒的短期穩定性（即瞬時線寬）的并列需求。通過有目的地將PI角設置為低頻率，可以在獲得RF參考[1]長期穩定性的優勢的同時，保留自由運行頻率梳y越的分數頻率穩定性。為了成功鎖定捕獲，頻率梳?rep必須在DDS頻率的幾Hz范圍內。為了驗證?rep在此范圍內，需要將一個頻率計數器臨時連接到SLICE-OPL監視器端口（Beat Out）。我們通過使用射頻分配器，使計數器可以引用與SLICE-OPL相同的GPS-disciplined 源。手動調諧RUBRIComb振蕩器腔體溫度，來使自由運行的?rep在100 MHz上下的10Hz范圍內。一旦滿足這個條件，頻率梳振蕩器腔PZT被啟用，通過打開SLICE-OPL伺服鎖定?rep。頻率梳的PZT慢伺服，通過緩慢調節振蕩器腔的溫度來保持PZT電壓在其調制范圍內居中來保持長時間的鎖定。

圖 2外環頻率不穩定測量配置。相位噪聲分析儀（Microchip 53100A）將?rep signal與來自第二個GPS-disciplined振蕩器的10 MHz信號進行比較。

圖 3艾倫偏差測量。重復頻率和srs FS752 GPS信號（紅色）之間測量的分數不穩定性與直接測量兩個GPS信號時的分數不穩定性（藍色）相當。在1550 nm附近測量了光學不穩定性。

環外不穩定性測量

在兩次Allan偏差測量中的第一次測量中，使用圖2中的配置將?rep與第二個GPS-derived信號進行比較。射頻分配器被移除，計數器被相位噪聲分析儀（Microchip 53100a）取代。另一個 GPS-disciplined OCXO 設備（SRS FS740）連接到相位噪聲分析儀的另一個通道。在第二次Allan偏差測量中，直接將SRS FS752信號與SRS FS740信號進行比較。這些GPS裝置的選擇是基于手頭可用的設備。

這些測量結果清楚地表明，SRS FS752的頻率穩定的傳遞到頻率梳重復頻率。每次測量的分數穩定性如圖3所示。由于?rep的不穩定性在光學狀態中占主導地位，我們可以根據?rep（右軸）的測量分數不穩定性來近似中心梳頻率（左軸）的光學不穩定性。

結論

我們演示了如何利用SLICE-OPL將Vescent RUBRIComb重復頻率鎖定到GPS-disciplined OCXO這種配置將GPS的長期穩定性傳遞給光學頻率梳的梳齒。