Photonic comb-rooted synthesis of ultra-stable terahertz frequencies

太赫兹辐射 照相混合 太赫兹间隙 太赫兹光谱与技术 光电子学 光子学 太赫兹时域光谱学 频率梳 相位噪声 材料科学 光学 物理 远红外激光器 太赫兹超材料 激光器
作者
Dong-Chel Shin,Byung Soo Kim,Heesuk Jang,Young‐Jin Kim,Seung-Woo Kim
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:5
标识
DOI:10.1038/s41467-023-36507-y
摘要

Abstract Stable terahertz sources are required to advance high-precision terahertz applications such as molecular spectroscopy, terahertz radars, and wireless communications. Here, we demonstrate a photonic scheme of terahertz synthesis devised to bring the well-established feat of optical frequency comb stabilization down to the terahertz region. The source comb is stabilized to an ultra-low expansion optical cavity offering a frequency instability of 10 −15 at 1-s integration. By photomixing a pair of comb lines extracted coherently from the source comb, terahertz frequencies of 0.10–1.10 THz are generated with an extremely low level of phase noise of –70 dBc/Hz at 1-Hz offset. The frequency instability measured for 0.66 THz is 4.4 × 10 −15 at 1-s integration, which reduces to 5.1×10 −17 at 65-s integration. Such unprecedented performance is expected to drastically improve the signal-to-noise ratio of terahertz radars, the resolving power of terahertz molecular spectroscopy, and the transmission capacity of wireless communications.

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