利用SLICE-OPL将GPS的长期稳定性转移到Vescent RUBRIComb™ 光学频率梳的重复频率上。

摘要

我们演示了SLICE-OPL偏移锁相伺服器可以便利的将Vescent RUBRIComb™ 光纤频率梳的重复频率锁定到用户提供的射频震荡器。在接下来的举例中，SLICE-OPL时钟被SRS FS752 GPS-disciplined oven-controlled crystal oscillator (OCXO)约束。在这套配置中， SRS FS752的稳定性被转移到频率梳模式上，在超过2小时的时间跨度中，使得分数不稳定性小于3E-12。

引言

频率梳因其将微波和射频（RF）域的频率耦合到光域的能力而受到重视。频率梳的每个“齿”或模式都是由这种关系联系在一起的。

(1) ƒn=ƒCEO+n·ƒrep

每个梳式模式的频率ƒn仅取决于两个梳式参数：载波包络偏移频率ƒCEO和重复频率ƒrep。根据方程将这两个参数的稳定性传递到每一个梳型。

通过将这些参数锁定到稳定的频率标准，频率梳成为实验室中所有其他激光器的精确频率参考。

重复频率锁定的方法是将这两个参数直接锁定到射频源。在这种方法中，重点是使用稳定的频率源进行锁定ƒrep

，因为正如上面的公式所示，每个频率梳模式的不稳定性大约按其模态数n放大。对于光学模式，这个因子通常大于~106。幸运的是，GPS规范的振荡器易于访问，具有成本效益的频率标准，可以依赖于频率锁定。此外，即使频率不稳定性增加到光域，n，分数频率不稳定性保持不变，允许这些低成本射频源的z*越性能通过频率梳到光域。

图 1所示为使用SLICE-OPL便利的将重复频率锁定RUBRIComb到RF参考信号的一般方法。 在设置过程中，频率计数器也参考频率梳调谐的GPS辅助信号。

在这里我们演示了一种简单的方法，通过SLICE-OPL偏移锁相伺服器便利的将Vescent RUBRIComb-100频率梳的ƒrep锁定到GPS-derived信号。SLICE-OPL设计用于锁相射频信号，在这种情况下ƒrep转换为由内部直接数字合成器（DDS）生成的可编程的信号。将DDS时钟引用到 GPS-disciplined OCXO的10 MHz音调，将ƒrep的稳定性链接到GPS信号，正如我们将通过环外不稳定性测量显示的那样。

将ƒrep锁定到 GPS-DISCIPLED OCXO 上

将频率梳的重复频率锁定到用户提供的射频参考信号的设置如图1所示。RUBRIComb-100 的 ƒCEO参数由 Vescent SLICE-FPGA-II 数字反馈控制器锁定，SLICE-OPL 控制ƒrep反馈回路。由于 ƒCEO的不确定度不随模数n比例增大，根据等式二，射频源的不稳定性相对于总的光模不稳定性在被锁定的参数上有着微不足道的贡献。因此，我们强调频率梳ƒrep RF Out信号要经过滤波以隔离基模。来自SRS FS752 GPS-disciplined OCXO的10 MHz信号连接到SLICE-OPL参考端口（Ref. In）。SLICE-OPL配置为使用该信号来稳定其内部DDS的频率。决定DDS频率的SLICE-OPL目标频率被设置为频率的标准重复频率（100MHz）。

在锁捕获期间，SLICE-OPL信号滤波器最初设置为应用一个简单的比例积分器滤波器，其PI角为200 Hz，比例增益为-10 dB。锁定启动后，可以调整这两个值，以平衡维持锁定和保持光学频率梳梳齿的短期稳定性（即瞬时线宽）的并列需求。通过有目的地将PI角设置为低频率，可以在获得RF参考[1]长期稳定性的优势的同时，保留自由运行频率梳y越的分数频率稳定性。为了成功锁定捕获，频率梳ƒrep必须在DDS频率的几Hz范围内。为了验证ƒrep在此范围内，需要将一个频率计数器临时连接到SLICE-OPL监视器端口（Beat Out）。我们通过使用射频分配器，使计数器可以引用与SLICE-OPL相同的GPS-disciplined 源。手动调谐RUBRIComb振荡器腔体温度，来使自由运行的ƒrep在100 MHz上下的10Hz范围内。一旦满足这个条件，频率梳振荡器腔PZT被启用，通过打开SLICE-OPL伺服锁定ƒrep。频率梳的PZT慢伺服，通过缓慢调节振荡器腔的温度来保持PZT电压在其调制范围内居中来保持长时间的锁定。

图 2外环频率不稳定测量配置。相位噪声分析仪（Microchip 53100A）将ƒrep signal与来自第二个GPS-disciplined振荡器的10 MHz信号进行比较。

图 3艾伦偏差测量。重复频率和srs FS752 GPS信号（红色）之间测量的分数不稳定性与直接测量两个GPS信号时的分数不稳定性（蓝色）相当。在1550 nm附近测量了光学不稳定性。

环外不稳定性测量

在两次Allan偏差测量中的第一次测量中，使用图2中的配置将ƒrep与第二个GPS-derived信号进行比较。射频分配器被移除，计数器被相位噪声分析仪（Microchip 53100a）取代。另一个 GPS-disciplined OCXO 设备（SRS FS740）连接到相位噪声分析仪的另一个通道。在第二次Allan偏差测量中，直接将SRS FS752信号与SRS FS740信号进行比较。这些GPS装置的选择是基于手头可用的设备。

这些测量结果清楚地表明，SRS FS752的频率稳定的传递到频率梳重复频率。每次测量的分数稳定性如图3所示。由于ƒrep的不稳定性在光学状态中占主导地位，我们可以根据ƒrep（右轴）的测量分数不稳定性来近似中心梳频率（左轴）的光学不稳定性。

结论

我们演示了如何利用SLICE-OPL将Vescent RUBRIComb重复频率锁定到GPS-disciplined OCXO这种配置将GPS的长期稳定性传递给光学频率梳的梳齿。