Astrometric precision spectroscopy: Experimental development of a dual-frequency laser synthesizer based on an optical frequency comb

Abstract

La tecnología de terahercios se encuentra en un estado de desarrollo atrasado con respecto a las tecnologías usadas en las bandas adyacentes, como la óptica infrarroja o la electróni- ca de microondas. En particular, no se poseen fuentes compactas de radiación que operen dentro esta banda logrando buenos niveles de potencia y amplios rangos de frecuencia. Las útiles propiedades de la radiación de terahercios como su capacidad de detectar moléculas complejas, buena resolución espacial y ser radiación no ionizante, hacen que el desarrollo de tecnología para esta banda sea un área con creciente interés. En el contexto del desarrollo de una nueva línea de investigación sobre espectroscopía molecular, en el Laboratorio de Terahertz y Astrofotónica de la Universidad de Chile, se realiza este trabajo que consiste en el desarrollo experimental de un sistema láser para la ali- mentación de fotomezcladores. Este sistema tiene como objetivo la generación de dos señales ópticas de alta estabilidad y coherencia, cuya diferencia de frecuencias puede ser ajustada de forma continua dentro del rango de 10 GHz a 300 GHz. Para esto, se utiliza un esquema basado en un peine de frecuencias óptico sobre el cual se enclava por inyección un láser de diodos de frecuencia sintonizable. Esto consigue tener una fuente infrarroja de alta precisión dentro de un gran rango. Además, se genera una segunda señal por medio de modulación en amplitud (AM), la cual es sintonizable dentro de un rango igual al espaciado producido por el peine óptico. En conjunto, estas señales logran abarcar un amplio espectro de frecuencias de forma continua sin perder estabilidad ni calidad de las señales. En este trabajo se logra implementar los subsistemas para la generación de cada una de las señales requeridas y se estudia la capacidad de estos para trabajar dentro del rango deseado. Para la señal generada por enclavamiento por inyección, se logra probar el concepto dentro de un rango reducido, principalmente por falta de un buen sistema de medición de altas frecuencias. Para la señal generada por modulación AM, se logran resultados positivos en todo el rango de diseño. Finalmente, se proponen modificaciones al sistema para mejorar su desempeño.