Characterization of an Offset-Stabilized Dual-Frequency Comb System at 1.55 µm Toward Broadband Absorption Spectroscopy

La portion infrarouge du spectre électromagnétique contient plusieurs résonances fondamentales telles que les modes ro-vibrationnels de gaz ou de molécules organiques et leur caractérisation ainsi que leur identification sont possibles à partir de la spectroscopie d’absorption. Traditionnellement, les mesures à large bande spectrale se font avec un interféromètre de Michelson ayant des composantes mobiles qui appliquent un délai variable sur une branche de l’interféromètre. Dans le but d’améliorer la résolution, l’exactitude, la sensibilité ou le temps d’acquisition des mesures spectroscopiques d’échantillon gazeux, une nouvelle tech-nique de spectroscopie à double-peignes fréquentiels a été développée au cours des deux dernières décennies. Cette méthode consiste à interférer deux lasers stabilisés à verrouillage de modes ayant des taux de répétition légèrement différents et génère un signal composé d’interférogrammes périodiques contenant la signature spectrale de l’échantillon, et ce sans aucune pièce mobile. Comme le contenu spectral de chaque interférogramme est identique, ils peuvent être moyennés de façon cohérente pour augmenter le signal-sur-bruit, et donc la sensibilité. Typiquement, les sources de lumière utilisées avec les interféromètres de Michelson sont des lampes thermiques ayant des statistiques sur-Poissonienne, tandis que les lasers, avec des statistiques Poissonienne, permettent des mesures limitées par le shot-noise. La résolution spectrale est maintenant déterminée par l’espacement entre les composantes spectrales des peignes fréquentiels plutôt que par le délai maximal qu’un interféromètre de Michelson peut appliquer. Ainsi, un interféromètre à double-peignes fréquentiels ayant une différence de taux de répétition stabilisée et une longueur d’onde centrale à 1.55 µm est assemblé et caractérisé pour permettre des mesures spectroscopiques précises, à large bande spectrale et à haut signal-sur-bruit. Deux peignes de fréquences commerciaux avec un taux de répétition nominal frep =100 MHz ainsi qu’une différence de taux de répétition ajustable et stabilisée de quelques kHz sont interféré pour produire un peigne de fréquences radio ayant des composantes espacées par δfrep. Les interférogrammes y correspondant sont séparés par 1/δfrep et sont mesurés dans le domaine temporel par un détecteur lent. Notre système est composé de deux peignes en opération libre et leur cohérence mutuelle est maintenue par une boucle à verrouillage de phase qui stabilise leur différence de taux de répétition, tandis que la carrier-enveloppe offset frequency fceo pour chaque peigne n’est pas stabilisée.