10GHzでの中赤外周波数コム

Mid-infrared frequency combs at 10  GHz.

• Abijith S Kowligy
• David R Carlson
• Daniel D Hickstein
• Henry Timmers
• Alexander J Lind
• Peter G Schunemann
• Scott B Papp
• Scott A Diddams

抄録

我々は、準位相整合した非線形媒体中でのパルス内差分周波数発生(DFG)を介して、10GHzの繰り返し周波数での中赤外(MIR)周波数コムを実証している。近赤外電気光学周波数コムからの数サイクルポンプパルス("Sm_2272"15, 100 pJ)は、フォトニックチップシリコン窒化物導波路内の非線形ソリトン様圧縮を介して供給される。ニオブ酸リチウム導波路でのパルス内DFGにより、3.1-4.8μm領域のMIR周波数コムが得られる一方、配向パターン化されたリン化ガリウムは7-11μmのカバレッジを提供する。カスケードされた2次非線形性は、同時にインライン-2非線形干渉法を介してポンプ源のキャリア-エンベロープオフセット周波数へのアクセスを提供する。ここで紹介した高繰返し率MIR周波数コムは、凝縮位相分光やレーザーヘテロダイン放射測定などのアプリケーションに使用することができます。

We demonstrate mid-infrared (MIR) frequency combs at 10 GHz repetition rate via intra-pulse difference-frequency generation (DFG) in quasi-phase-matched nonlinear media. Few-cycle pump pulses (≲15, 100 pJ) from a near-infrared electro-optic frequency comb are provided via nonlinear soliton-like compression in photonic-chip silicon-nitride waveguides. Subsequent intra-pulse DFG in periodically poled lithium niobate waveguides yields MIR frequency combs in the 3.1-4.8 µm region, while orientation-patterned gallium phosphide provides coverage across 7-11 µm. Cascaded second-order nonlinearities simultaneously provide access to the carrier-envelope-offset frequency of the pump source via in-line -2 nonlinear interferometry. The high-repetition rate MIR frequency combs introduced here can be used for condensed phase spectroscopy and applications such as laser heterodyne radiometry.