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Nov 19, 2023

Plat programmable et accordable

Rapports scientifiques volume 12,

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 18036 (2022) Citer cet article

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Dans cette étude, nous avons présenté des lasers supercontinuum cohérents à sommet plat avec des taux de répétition accordables et des largeurs de bande spectrale programmables. Des sources de supercontinuum avec une couverture ultra-large bande et à taux de répétition élevé peuvent être obtenues en fusionnant des peignes de fréquences optiques électro-optiques élargis de manière non linéaire avec une mise en forme optique du spectre ligne par ligne. La programmation de la bande passante spectrale est mise en œuvre par une mise en forme itérative du spectre et un contrôle de la puissance d'entrée d'étages hautement non linéaires, tandis que le réglage du taux de répétition est effectué par un contrôle de la vitesse de modulation dans des peignes de fréquence optique. Ici, nous avons implémenté un supercontinuum à sommet plat programmable et accordable avec une bande passante maximale et un taux de répétition de 55 nm à 10 dB et 50 GHz, respectivement. Pour clarifier la cohérence du supercontinuum lors du réglage et de la programmation, nous avons effectué une analyse de bruit de phase. Nous avons proposé une méthode auto-hétérodyne remarquablement modifiée pour mesurer précisément le bruit de phase de chaque mode en filtrant des prises de supercontinuum spécifiques dans un interféromètre Mach-Zehnder. Avec cette méthode, il a été prouvé que les spectres à bande latérale unique dans chaque mode sont presque similaires à ceux de l'horloge RF, indiquant que notre processus de génération de supercontinuum programmable et accordable a ajouté une dégradation minimale aux propriétés de bruit de phase. Cette étude montre les possibilités de générer des centaines de porteuses optiques à sommet plat programmables et accordables avec robustesse et cohérence.

Since the demonstration of the supercontinuum source based on an ultrashort pulse laser in the 1960s, it has received significant attention owing to its ultrabroadband and coherent characteristics1. As the spectral performance in terms of stability, bandwidth, and flatness has gradually improved, supercontinuum sources have been utilized in various fields, including optical communication system2,3,4, microwave photonics100 complex-coefficient taps. Opt. Express 22, 6329–6338 (2014)." href="/articles/s41598-022-22463-y#ref-CR5" id="ref-link-section-d165912350e511"> 5,6, tomographie optique7,8 et spectroscopie9,10. Étant donné que chaque application nécessite des caractéristiques différentes des sources de supercontinuum11, le domaine de la génération de supercontinuum a été étudié pour améliorer les performances programmables des sources optiques12,13. Par exemple, le taux de répétition requis pour l'application de spectroscopie combinée va de ~ 10 MHz à ~ 10 GHz14, alors que l'étalonnage des spectrographes astronomiques nécessite un taux de répétition allant de ~ 10 GHz à ~ 100 GHz14. De plus, il existe certaines applications où le taux de répétition doit être ajusté même pendant l'utilisation, comme la génération de formes d'onde arbitraires15,16.

Les efforts de recherche récents pour mettre en œuvre la génération de supercontinuum avec des caractéristiques programmables et accordables incluent les micro-peignes optiques Kerr17,18, les lasers à fibre à verrouillage de mode19,20 et les peignes de fréquence optique électro-optique (EO-OFC)21,22. Étant donné que le taux de répétition et la plage spectrale des micro-peignes optiques Kerr sont déterminés par le matériau et la structure du micro-résonateur, tente de programmer les taux de répétition en contrôlant soit la température17, soit le champ électrique appliqué18 dans le micro-peigne ont été faites. Bien que les micro-peignes optiques Kerr puissent offrir des caractéristiques intéressantes, y compris un taux de répétition élevé jusqu'au THz et un régime de petite taille, la plage de réglage est étroite par rapport au micro-résonateur conçu, et le réglage fin est difficile en raison du réglage par étapes. gamme12,17,18.

Les lasers à fibre à verrouillage de mode ont également été étudiés pour générer des sources de supercontinuum programmables et accordables19,20. Un laser à fibre soliton à verrouillage de mode avec un taux de répétition accordable a été démontré en utilisant l'effet opto-acoustique19. Le contrôle de la température d'un filtre Vernier, comprenant deux résonateurs à micro-anneaux, a également été appliqué pour générer des lasers à fibre à verrouillage de mode accordables20. Bien que les lasers à fibre à verrouillage de mode puissent générer un supercontinuum à bande ultra large avec une large bande passante en utilisant un laser adapté à la plage de longueurs d'onde souhaitée, le taux de répétition maximal et la plage d'accord sont limités à plusieurs GHz et quelques centaines de MHz, respectivement12,19,20 . De plus, du fait que le laser à fibre à verrouillage de mode est accordé thermiquement ou opto-acoustiquement, il est difficile d'obtenir une performance stable sans gestion de rétroaction supplémentaire.

Le schéma EO-OFC surmonte les lacunes des micro-peignes optiques Kerr et des lasers à fibre à verrouillage de mode en termes de planéité, de robustesse, de programmabilité et d'accordabilité. De plus, il a la force que la longueur d'onde centrale peut être ajustée facilement et indépendamment. Le taux de répétition peut être ajusté de manière continue et précise en ajustant la vitesse de modulation des étages de modulation d'intensité et de phase de l'EO-OFC21. Il est également possible de programmer la bande passante spectrale des sources optiques supercontinuum en ajustant l'intensité lumineuse en étapes hautement non linéaires23. Avec ce schéma, il y a eu des implémentations de l'EO-OFC programmable et accordable avec un taux de répétition maximum jusqu'à 18 GHz et des dizaines de prises à 10 dB21. Bien qu'il ait montré les possibilités programmables et accordables du schéma EO-OFC, le taux de répétition maximal était limité à moins de 20 GHz et des dizaines de prises ne convenaient pas comme sources de supercontinuum.

Dans cette étude, nous proposons et démontrons une source de supercontinuum à sommet plat programmable basée sur l'EO-OFC, y compris l'intensité électro-optique et les schémas de modulation de phase. Lorsqu'elle est combinée avec la technique de mise en forme d'impulsions ligne par ligne24, cette solution offre la pleine programmabilité souhaitée pour le taux de répétition, la bande passante spectrale et l'enveloppe spectrale. La programmabilité de la bande passante spectrale et de l'enveloppe est principalement réalisée par la mise en forme itérative des impulsions optiques ligne par ligne et le contrôle de la puissance optique dans un étage hautement non linéaire, tandis que l'accordabilité du taux de répétition est mise en œuvre par le contrôle de la vitesse de modulation dans l'EO-OFC. Ici, nous démontrons une source de supercontinuum à sommet plat avec un taux de répétition accordable de 50 GHz et une bande passante spectrale programmable de 55 nm à 10 dB. Cela permet une couverture programmable des régimes de bande S, C et L avec l'espacement de ligne accordable correspondant pour les commutateurs et filtres optiques commerciaux. Pour clarifier la cohérence de nos sources de supercontinuum lors du réglage et de la programmation, nous avons également effectué une analyse de bruit de phase des sources. Nous proposons une méthode auto-hétérodyne modifiée pour évaluer précisément le bruit de phase de chaque mode de la source supercontinuum. En utilisant cette plate-forme, nous avons prouvé que les spectres à bande latérale unique (SSB) des prises dans chaque mode sont très proches de ceux de l'horloge RF, indiquant que les propriétés de bruit de phase de chaque mode ne sont pas significativement dégradées par notre processus de génération de supercontinuum.

Le reste de cet article est organisé comme suit : Les "Méthodes" sont présentées immédiatement après la section "Introduction". Par la suite, les "Résultats" de l'étude sont présentés. Enfin, les "Conclusions" sont résumées.

Pour générer des sources de supercontinuum à sommet plat programmables et accordables avec un taux de répétition élevé et une bande passante spectrale ultra-large, nous avons utilisé un EO-OFC comme source de graine multitap alimentée par laser unique. L'EO-OFC a l'avantage de permettre de modifier facilement le taux de répétition et la longueur d'onde centrale tout en conservant un degré élevé de cohérence et de robustesse. La configuration schématique de l'EO-OFC est illustrée à la Fig. 1, où une sortie laser à onde continue (CW) à largeur de raie étroite (< 0,1 kHz) est envoyée via un modulateur d'intensité électro-optique (IM) et des modulateurs triphasés ( PM) montées en série23. La forme d'impulsion d'un laser CW est découpée périodiquement à travers un IM correctement polarisé, et les impulsions mises en forme subissent une conversion temps-fréquence dans les PM en cascade en appliquant une lentille temporelle périodique (chirp linéaire)25. Un IM et trois PM sont pilotés par un oscillateur RF qui génère une seule fréquence de 250 kHz à 50 GHz, où le taux de répétition de l'EO-OFC peut être ajusté en continu par la fréquence de pilotage26.

Schéma de principe d'un générateur de supercontinuum à sommet plat ultra-large bande. Modulateur d'intensité optique IM, modulateur de phase optique PM, amplificateur à fibre dopée à l'erbium EDFA, amplificateur de puissance PA, déphaseur PS, amplificateur à fibre dopée à l'erbium EDFA, fibre monomode SMF, fibre hautement non linéaire HNLF, contrôleur de polarisation PC.

Afin d'élargir davantage la bande passante spectrale de l'EO-OFC avant la mise en forme des impulsions à bande passante limitée, nous avons appliqué la première étape hautement non linéaire. Comme le montre la figure 1, après amplification via un amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA), l'EO-OFC passe à travers une bobine de fibre monomode linéaire dispersive (SMF) pour obtenir une dispersion proche de zéro en compensant la dispersion de l'EO. -Étage OFC. Pour élargir la bande passante du spectre, l'EO-OFC à dispersion compensée est envoyé à travers une fibre hautement non linéaire (HNLF), où l'élargissement spectral se produit via l'auto-modulation de phase (SPM)27,28. Le déphasage non linéaire (c'est-à-dire le décalage de fréquence) traversant un milieu non linéaire est

où I est l'intensité lumineuse, L est la longueur HNLF, \(k_{0}\) est le nombre d'onde (\(k_{0} = 2\pi /\lambda_{0}\)), et \(n_{ 2}\) est l'indice de réfraction non linéaire. Cette équation indique mathématiquement que la largeur de bande spectrale des sources de supercontinuum peut être ajustée en contrôlant la longueur du milieu non linéaire et l'intensité lumineuse. Étant donné que la perte augmente également en allongeant le milieu non linéaire, il était nécessaire de définir la longueur appropriée du milieu non linéaire en tenant compte du compromis entre l'élargissement spectral et la perte. L'EO-OFC élargi via le premier étage non linéaire a ensuite été programmé à l'aide d'un formateur d'impulsions optiques ligne par ligne avec manipulation spectrale itérative, où l'amplitude et la phase de l'EO-OFC peuvent être façonnées précisément et simultanément pour maximiser la planéité et la bande passante du spectre supercontinuum résultant. La technique de mise en forme des impulsions ligne par ligne dans le régime spectral permet la génération de la forme de spectre optique souhaitée par une transformée de Fourier, appelée mise en forme du spectre optique par transformée de Fourier27,29. Le schéma de mise en forme du spectre programmable est illustré à la Fig. 2, où l'EO-OFC élargi du premier étage non linéaire entre dans le formateur d'impulsions. Le formateur d'impulsions a ensuite été connecté à un séparateur optique avec un rapport de couplage de 50:50 pour mesurer le spectre et les profils d'impulsions avec un analyseur de spectre optique (OSA) et un autocorrélateur. Étant donné que la différence entre la fonction de transfert et les données de spectre de graine discrètes dans l'impulsion shaper provoque des erreurs de mise en forme, il est difficile d'atteindre la forme souhaitée avec un seul processus de sculpture. De plus, le cristal liquide dans le conformateur d'impulsions a une faible caractéristique de couplage entre la mise en forme d'amplitude et de phase. Pour obtenir le profil cible souhaité avec une erreur minimale, nous avons effectué un suivi automatique avec MATLAB pour mettre en œuvre la mise en forme itérative30. Après avoir surveillé et calculé la différence entre les profils cibles mesurés et programmés, le formateur d'impulsions ligne par ligne a modifié l'amplitude et la phase à son tour. Lorsque les prises programmées sont à nouveau entrées dans le formateur d'impulsions, le niveau de différence du spectre souhaité est recalculé. Le processus de mise en forme est terminé lorsque la phase et l'amplitude de chaque prise sont conçues d'une manière définie par l'utilisateur. Afin de mettre en œuvre un supercontinuum ultra-large bande à sommet plat, l'impulsion d'entrée vers le deuxième étage hautement non linéaire doit être quasi-super- Forme gaussienne23. Bien qu'il y ait eu plusieurs études sur la génération de supercontinuum avec des formes d'impulsions spécifiques telles que gaussienne31,32,33, parabolique34 et sécante hyperbolique35,36 pour améliorer la planéité spectrale, la forme quasi-super-gaussienne s'est avérée la plus grande planéité et bande passante de la génération de supercontinuum23 . Le processus itératif de mise en forme d'amplitude apodise et maintient la forme de l'EO-OFC comme quasi-super-gaussien même lorsque le taux de répétition est modifié. La mise en forme de phase itérative corrige également le décalage de phase pour maintenir la cohérence pendant les processus de programmation et de réglage. illustré à la Fig. 1. Pour augmenter de manière significative la bande passante du spectre, un milieu hautement non linéaire a été pompé dans le régime de dispersion normal avec une impulsion de forme quasi-super-gaussienne à haute puissance, ce qui a entraîné un fort élargissement non linéaire induit par SPM23. Comme le montre la figure 1, la combinaison de contrôleurs de polarisation et d'un EDFA dans le deuxième étage hautement non linéaire améliore encore la planéité et la bande passante du spectre du supercontinuum via le remodelage par rotation de polarisation non linéaire37. Comme il agit comme une perte dépendante de l'intensité37, les lobes latéraux des impulsions optiques envoyées au HNLF peuvent être apodisés par rotation de polarisation non linéaire. La bande passante spectrale du spectre du supercontinuum peut être facilement et largement ajustée en contrôlant la puissance d'entrée optique du milieu hautement non linéaire ainsi que le coefficient quasi-super-gaussien23.

Schéma de la mise en forme programmable de la phase et de l'amplitude des impulsions. Analyseur de spectre optique OSA.

Le bruit de phase étant un facteur crucial dans l'évaluation de la cohérence et de la stabilité en fréquence des sources optiques, ses caractéristiques sont généralement requises pour des applications telles que la communication optique cohérente, la spectroscopie à haute résolution et la métrologie de précision optique38. La technique de mesure de largeur de raie optique utilisée pour évaluer le bruit de phase est classiquement basée sur la génération de notes de battement entre un laser de référence et le laser sous test. Les méthodes homodyne et hétérodyne sont des techniques représentatives de mesure de la largeur de raie optique, qui utilisent un interféromètre Mach-Zehnder pour convertir les décalages de phase optique du laser en variations d'intensité lumineuse38,39. Les méthodes auto-homodyne et auto-hétérodyne qui utilisent le laser testé comme laser de référence se sont révélées prometteuses pour mesurer le bruit de phase avec une structure simple et la possibilité de mesurer la largeur de raie ultra-étroite38. Cependant, la méthode auto-homodyne est vulnérable au bruit à basse fréquence, et la méthode auto-hétérodyne nécessite une longueur excessive de fibre à retard et un dispositif de décalage de fréquence tel qu'un modulateur acousto-optique40. Lorsque cette méthode de mesure est appliquée pour mesurer la largeur de raie des sources supercontinuum, elle présente également une limitation supplémentaire dans la mesure de la largeur de raie de chaque mode dans la source. Afin de mesurer précisément le bruit de phase de chaque mode dans la source supercontinuum, nous introduisons un méthode remarquable en appliquant un filtrage accordable avec des formateurs d'impulsions. Puisqu'une source supercontinuum a plusieurs prises avec un taux de répétition constant, il n'est pas nécessaire d'utiliser un dispositif de décalage de fréquence, comme l'exige la méthode auto-hétérodyne, si deux prises adjacentes dans une source supercontinuum sont filtrées pour battre. De plus, le schéma n'inclut pas une longueur excessive de fibre à retard, car le retard peut être fourni par les différences structurelles et matérielles entre les conformateurs d'impulsions. Il est adapté pour évaluer la cohérence de chaque mode en filtrant des raies spectrales spécifiques des sources du supercontinuum. La configuration auto-hétérodyne modifiée est schématiquement illustrée à la Fig. 3. Après avoir divisé le supercontinuum en deux voies via un séparateur optique 50:50, une porteuse spécifique dans les deux voies a été filtrée à travers des conformateurs d'impulsions optiques programmables à fibre de cochon. Le signal optique a été détecté par une photodiode (PD) et le spectre de puissance des fluctuations du photocourant a été mesuré à l'aide d'un analyseur de spectre électrique. Dans notre expérience, nous avons généré un supercontinuum programmable avec un taux de répétition allant jusqu'à 50 GHz et mesuré le bruit de phase avec un PD de bande passante de 50 GHz. Nous avons filtré deux composantes de fréquence adjacentes de sorte que la fréquence de la note de battement ne dépasse pas 50 GHz.

Schéma de la configuration de mesure du bruit de phase. Analyseur de spectre électrique ESA.

Afin de démontrer l'accordabilité du taux de répétition dans les sources optiques, nous avons implémenté des EO-OFC avec des taux de répétition de 10, 25 et 50 GHz. En utilisant la même configuration (voir Fig. 1) mais avec des fréquences d'entraînement RF différentes pour l'IM et les PM dans les EO-OFC, nous avons implémenté des EO-OFC avec des taux de répétition de 10, 25 et 50 GHz, comme illustré à la Fig. 4 L'IM en cascade et les trois PM étaient tous pilotés par un oscillateur RF accordable (Keysight, E8257D), qui déterminait le taux de répétition souhaité de l'EO-OFC. La polarisation CC sur l'IM a été réglée pour générer une impulsion à sommet plat, tandis que la pointe des PM a été alignée pour correspondre au pic de l'impulsion via des déphaseurs. La figure 4 montre le spectre EO-OFC observé à l'aide d'un OSA avec une résolution de 0,01 nm, où ils conduisent à une enveloppe plate avec 57, 36 et 15 prises à une bande passante de 10 dB lorsque les taux de répétition sont respectivement de 10, 25 et 50 GHz. . Ils présentent un rapport signal/bruit optique supérieur à 35 dB avec une forme et un nombre de prises similaires à différents taux de répétition, ce qui entraîne des caractéristiques spectrales similaires après élargissement non linéaire dans le premier étage hautement non linéaire. Dans l'étage non linéaire, les EO-OFC avec des taux de répétition de 10, 25 et 50 GHz ont été amplifiés à 26 dBm avec un EDFA (LiComm, OFC-TCB-27AP) et la dispersion compensée avec le SMF. L'EO-OFC compensé en dispersion a été introduit dans 150 m de HNLF avec un coefficient non linéaire de 11,5 W−1 km−1 et une dispersion de − 1,8 ps/nm/km, ce qui donne une largeur de bande spectrale d'environ 20 nm à 10 dB pour tous les taux de répétition. Par la suite, l'EO-OFC élargi de manière non linéaire subit une mise en forme itérative du spectre d'amplitude et de phase ligne par ligne. Pour générer des sources de supercontinuum optimales avec une fluctuation minimisée dans le régime à sommet plat, nous avons ajusté le profil d'apodisation au super-gaussien coupé par les bords (c'est-à-dire quasi-super-gaussien)23. Pour clarifier la capacité de programmation de nos techniques de mise en forme d'impulsions itératives automatiques, comme le montre la figure 5, nous avons mis en œuvre la même apodisation du quasi-super-gaussien tout en modifiant le taux de répétition sans aucun changement de configuration. Pour maintenir le profil d'apodisation pendant le réglage du taux de répétition, nous avons programmé l'algorithme itératif de mise en forme des impulsions pour maintenir la fenêtre d'apodisation en appliquant les données d'apodisation modifiées à chaque pixel du formateur d'impulsions lorsque le changement de taux de répétition est reconnu. La figure 5 montre le même profil d'apodisation avec 398, 159 et 79 prises au-dessus du bord à des taux de répétition de 10, 25 et 50 GHz, respectivement. Étant donné que le profil d'apodisation dans la deuxième étape hautement non linéaire est dominant pour la forme et la bande passante des sources de supercontinuum, le maintien de l'apodisation de la mise en forme itérative des impulsions permet la génération de la même enveloppe de supercontinuum pendant le réglage du taux de répétition sans aucun changement structurel. La mise en forme itérative du spectre de phase ligne par ligne corrige également le décalage de phase pendant la génération EO-OFC élargie de manière non linéaire et le processus de réglage. Après la mise en forme du spectre d'amplitude et de phase, l'EO-OFC de forme quasi-super-gaussienne a été propagé au deuxième étage hautement non linéaire, comme illustré à la Fig. 1. Afin de mettre en œuvre la programmation de la bande passante spectrale, nous avons ajusté la puissance d'entrée optique à l'étage hautement non linéaire avec un amplificateur à fibre optique co-dopé Erbium – Ytterbium (PriTel, SP-LNHP- FA-37-IO-NMA), comme le montre la Fig. 6. Après contrôle de la polarisation, le spectre à puissance contrôlée a été connecté à 200 m de HNLF (− 2,22 ps/nm/km dispersion et 11,7 (W km)−1 non linéaire coefficient). Au fur et à mesure que la puissance optique de l'étage non linéaire augmentait, la largeur de bande spectrale augmentait également de manière linéaire tout en conservant les propriétés de sommet plat. Comme le montre la Fig. 6, lorsque la puissance optique d'entrée est de 1, 2, 3 et 4 W, les largeurs de bande spectrale à 10 dB sont respectivement de 22,1, 35,3, 45,7 et 55 nm. Pour améliorer et maintenir la planéité des sources de supercontinuum programmables, nous avons mis en place une apodisation supplémentaire du bruit entre les prises adjacentes. La relation linéaire entre la puissance d'entrée et la largeur de bande spectrale est illustrée dans l'encart de la figure 6, où la relation prouve la possibilité d'un élargissement supplémentaire de la largeur de bande spectrale. Comme la puissance d'entrée de HNLF est limitée par la puissance de sortie maximale de l'amplificateur à fibre optique, la largeur de bande spectrale devrait pouvoir être augmentée davantage en utilisant un amplificateur à fibre optique avec la puissance de sortie maximale la plus élevée.

Spectre optique mesuré expérimentalement des EO-OFC à des taux de répétition de (a) 10, (b) 25 et (c) 50 GHz.

La mise en forme spectrale résulte avec une même apodisation quasi-super-gaussienne à des taux de répétition de (a) 10, (b) 25 et (c) 50 GHz.

Spectre optique mesuré expérimentalement du supercontinuum programmable à bande passante, et l'encart montre une bande passante de 10 dB et 20 dB en fonction de la puissance d'entrée HNLF.

Afin de confirmer la stabilité d'amplitude des sources de supercontinuum à sommet plat, nous avons surveillé la trace spectrale avec un OSA en la laissant courir librement sur une fenêtre de temps de 3 h. Sur la figure 7, les barres d'erreur recouvrant la valeur moyenne des lignes correspondantes indiquent l'écart type des fluctuations d'amplitude. Nous avons mesuré de manière représentative la fluctuation d'amplitude lorsque la source de supercontinuum a une bande passante spectrale maximale et un taux de répétition de 35,3 nm à 10 dB et 50 GHz, respectivement. Le résultat de fluctuation mesuré indique un écart type maximal de 0,553 dB sans aucune stabilisation active, alors qu'ils ont été acquis à des intervalles de 1 min avec une résolution de 0,01 nm. De plus, nous avons effectué une caractérisation du bruit de phase pour analyser la stabilité de phase des sources de supercontinuum. Pour clarifier la cohérence des sources de supercontinuum même pendant la programmation du taux de répétition, nous avons mesuré le bruit de phase en utilisant notre méthode auto-hétérodyne modifiée lorsque les taux de répétition des porteuses optiques étaient de 10, 25 et 50 GHz. La figure 8 montre les spectres SSB mesurés de l'horloge RF, de l'EO-OFC et des sources de supercontinuum pour les trois taux de répétition. Comme le montre la Fig. 8, les spectres SSB de l'horloge RF avec un décalage de 10 kHz sont de − 112,375, − 106,831 et − 100,703 dBc/Hz, et ceux de EO-OFC avec un décalage de 10 kHz sont de − 112,079, − 106,018, et − 100,118 dBc/Hz lorsque les taux de répétition sont respectivement de 10, 25 et 50 GHz. Nous avons également mesuré le spectre SSB de chaque mode dans des sources supercontinuum pour prouver la cohérence, où les bruits de phase de tous les modes étaient également très proches de l'horloge RF et EO-OFC dans chacun des trois taux de répétition différents. Les spectres SSB ont été légèrement détériorés par l'accumulation de bruit de phase pendant les processus de génération de supercontinuum à un décalage > 100 kHz, où le bruit de phase était principalement causé par l'amplification de la source RF et la dérive du point de polarisation des modulateurs électro-optiques.

Spectre de supercontinuum mesuré expérimentalement et mesure de la stabilité à long terme sur 3 h. Noir : spectres du supercontinuum, rouge : écart type du supercontinuum.

Mesure du bruit du spectre RF SSB à des taux de répétition de (a) 10, (b) 25 et (c) 50 GHz. Les numéros de longueur d'onde de chaque mode indiquent la longueur d'onde la plus courte entre les prises battues.

En résumé, nous avons démontré une source laser supercontinuum à sommet plat programmable et accordable basée sur des EO-OFC élargis de manière non linéaire et un façonneur d'impulsions optique ligne par ligne. Les EO-OFC composés d'IM et de PM électro-optiques en cascade sont élargis de manière non linéaire par des étages hautement non linéaires. La phase et l'amplitude de chaque ligne de peigne ont été programmées de manière itérative avec un formateur de spectre pour maintenir la forme de l'EO-OFC comme quasi-super-gaussienne même lorsque le taux de répétition est modifié. La mise en forme du spectre de phase corrige également le décalage de phase des sources optiques pour maintenir la cohérence pendant les processus de programmation et de réglage. La programmation de la bande passante spectrale de la source supercontinuum a été mise en œuvre par la mise en forme itérative du spectre optique et le contrôle de la puissance optique d'entrée des étages hautement non linéaires. Le réglage du taux de répétition a été effectué en contrôlant la vitesse de modulation de l'IM et des PM dans les EO-OFC. En appliquant des techniques de programmation et de réglage, nous avons mis en œuvre un supercontinuum à sommet plat programmable et accordable avec une bande passante spectrale maximale et un taux de répétition jusqu'à 55 nm de bande passante à 10 dB et 50 GHz, respectivement. De plus, nous avons proposé une méthode auto-hétérodyne modifiée sans précédent pour mesurer avec précision le bruit de phase de chaque mode de sources supercontinuum. Grâce à cette plate-forme, il a été prouvé que les spectres à bande latérale unique dans chaque mode sont très proches de la ligne de base de l'horloge RF, indiquant que notre processus de génération de supercontinuum ne dégrade pas de manière significative les propriétés de bruit de phase. Au meilleur de notre connaissance, cette étude est la première à atteindre simultanément la programmabilité et l'accordabilité dans des sources supercontinuum ultra-larges à sommet plat tout en maintenant la robustesse et la cohérence, ce qui est compatible avec les exigences exigeantes de la communication et de la spectroscopie modernes. Ces travaux ouvrent également une nouvelle voie pour les réseaux photoniques micro-ondes hyper-connectés en tant que supports optiques multiples flexibles et polyvalents.

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Ce travail a été soutenu par la subvention de l'Institut pour la promotion des technologies de l'information et de la communication (IITP) financée par le ministère des Sciences et des TIC de Corée du Sud (2019-0-00008).

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Minhyup Song, Minje Song et Seungyoung Lim.

Division de recherche sur les dispositifs photoniques/sans fil, Institut de recherche sur l'électronique et les télécommunications, Daejeon, 34129, Corée du Sud

Minhyup Song, Minje Song, Seungyoung Lim, Hyunjong Choi, Taehyun Lee, Gyudong Choi, Youngjin Jung et Joon Tae Ahn

École d'ingénierie électronique, Université nationale de Kyungpook, Daegu, 41566, Corée du Sud

Seungyoung Lim et Taehyun Lee

École d'informatique et de technologie de l'information, Université de Corée, Séoul, 02841, Corée du Sud

Hyunjong Choi

École de génie électrique, Université de Corée, Séoul, 02841, Corée du Sud

Jeune Jin Jung

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MS, SL et MS ont conçu le projet ; les expériences ont été menées par SL et MSMS ont conçu et développé le système de génération de source supercontinuum composé d'EO-OFC élargis de manière non linéaire et d'un formateur d'impulsions ligne par ligne. SL et MS ont conçu le système de mesure du bruit de phase auto-hétérodyne modifié et mis en œuvre une analyse du bruit de phase des sources de supercontinuum avec le système de mesure. MS a dirigé l'étude, discuté des résultats et dirigé la rédaction du manuscrit. Tous les auteurs ont contribué à l'interprétation des résultats et à la préparation du manuscrit.

Correspondance avec Minhyup Song ou Minje Song.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Song, M., Song, M., Lim, S. et al. Sources laser supercontinuum à dessus plat programmables et accordables via un schéma de modulation d'intensité et de phase électro-optique. Sci Rep 12, 18036 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-22463-y

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Reçu : 21 juin 2022

Accepté : 14 octobre 2022

Publié: 27 octobre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-22463-y

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