The stabilized optical comb of a Ti:sapphire femtosecond laser has been developed and has been applicable to optical frequency Metrology, high precision spectroscopy and high harmonic generation. However, It is difficult to apply Ti:sapphire femtosecond laser optical combs to real industrial fields, because Ti:sapphire femtosecond lasers usually consist of bulky-type optical components, and it is sensitive to any environmental fluctuations. On the other hand, fiber femtosecond lasers have many advantages for real industrial applications such as compactness, turnkey operation, long term operation, operation in the telecommunication band, simple handling and a relatively low price. However, the generated frequency comb from fiber femtosecond lasers have a disadvantage of higher phase noise property when compare to Ti:sapphire lasers. Therefore, if the phase noise property of a fiber femtosecond laser is improved, the optical comb of a femtosecond laser would be reliably applicable to many research and industrial applications. Recently, many research groups have tried to improve the characteristics of fiber femtosecond laser combs by reducing the phase noise generated in such oscillators.
In our research, by construction of an optimal power amplification and spectral broadening part, common-path f-2f interferometer and servo control system with high feedback bandwidth, we try to reduce the phase noise in our oscillator and in offset frequency stabilization system as well. Hence, we induce low phase noise property with sub-hertz linewidth of offset frequency, and we achieved long term stabilization property of offset frequency with over 40 dB S/N ratio. By doing this, we finally manage to realize our main research goal of frequency stabilizing the optical comb of our fiber femtosecond laser.
주파수 안정화 된 티타늄-사파이어 펨토초 레이저의 광 빗은 고 정밀 분광, 광 주파수 측정, 고차 조화파 생성 등의 광범위한 정밀 응용분야에 적용되어왔고 현재까지 세계의 많은 연구 단체에서 더욱 안정된 광 빗을 생성하기 위한 연구가 진행 중이다. 그러나 고체 상태의 이득매질과 부피가 비교적 큰 광학 용품으로 구성된 티타늄-사파이어 펨토초 레이저는 환경에 민감하여 산업적으로 사용되기에는 어려운 점이 있다. 반면에 광섬유 펨토초 레이저는 간결성, 쉬운 작동, 장기간 작동, 통신대역에서의 활용, 상대적으로 낮은 가격 등 산업적으로 적용할 수 있는 많은 장점을 가지고 있다. 하지만 광섬유 펨토초 레이저에서 생성된 광 빗은 아직까지 티타늄-사파이어 레이저의 광 빗에 비해 높은 위상잡음 특성을 갖는다. 즉 낮은 위상잡음을 갖는 광섬유 펨토초 레이저의 안정화를 하여 광 빗의 위상 잡음 특성을 개선한다면 정밀응용분야에 대한 연구와 산업 적용이 가능하다. 최근에 많은 연구 단체에서 광섬유 펨토초 레이저 공진기 내부의 위상잡음을 줄임으로 광 빗의 특성을 개선하려는 연구가 수행되었다.
본 연구에서는 최적의 광 빗 출력증폭 및 대역폭확장, 공통경로 f-2f 간섭계, 높은 피드백 대역폭을 갖는 서보 제어 시스템을 구축하여 광섬유 펨토초 레이저 공진기 내부의 위상잡음뿐만 아니라 옵셋주파수 안정화 시스템에서 발생하는 위상잡음을 감소시켰다. 그러므로 1 Hz 이하의 선폭과 40 dB 이상의 신호대 잡음비를 갖는 옵셋주파수를 생성하여 낮은 위상잡음 특성과 장기간 안정화 특성을 갖는 광섬유 펨토초 레이저 광 빗의 안정화를 구현하였다.
