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一种基于光纤延迟线的双飞秒激光光学频率梳锁定装置制造方法及图纸

技术编号:20368138 阅读:32 留言:0更新日期:2019-02-16 19:00
本发明专利技术公开了一种基于光纤延迟线的双飞秒激光光学频率梳锁定装置,包括飞秒激光器、载波包络偏移频率锁定系统、光纤布拉格光栅、波分复用器、2×2光纤分束器、法拉第旋光镜、光纤延迟链路、可调色散补偿系统、声光调制器、法拉第旋光镜、光电探测器、混频器、锁相控制器、射频基准和电学倍频器;2×2光纤分束器包括a、b、c、d四个端口;该装置适用于具有一定重复频率差的两台通信波段飞秒激光器,利用公里量级的光纤延迟链路锁定两台激光器的重复频率,使之产生固定频率差,最后使用自参考干涉仪实现载波包络偏移频率的锁定,最终实现双脉冲飞秒激光装置的运转。该装置具有结构简单、低成本、重复频率差可调等优点。

An Optical Frequency Comb Locking Device for Dual Femtosecond Laser Based on Optical Fiber Delay Line

The invention discloses a dual femtosecond laser optical frequency comb locking device based on an optical fiber delay line, which includes a femtosecond laser, a carrier envelope offset frequency locking system, an optical fiber Bragg grating, a wavelength division multiplexer, a 2*2 optical fiber splitter, a Faraday optical rotator, an optical fiber delay link, a tunable dispersion compensation system, an acoustooptic modulator, a Faraday optical rotator, a photodetector and a mixer. Frequency converter, phase-locked controller, RF reference and electrical frequency multiplier; 2*2 fiber splitter includes a, b, C and D ports; the device is suitable for two communication band femtosecond lasers with a certain difference in repetition frequency. The repetition frequency of two lasers is locked by a kilometer-scale fiber delay link to produce a fixed frequency difference. Finally, self-reference interferometer is used to realize carrier wave. By locking the envelope offset frequency, the dual-pulse femtosecond laser device can be operated eventually. The device has the advantages of simple structure, low cost and adjustable repetition frequency difference.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤延迟线的双飞秒激光光学频率梳锁定装置
本专利技术涉及基于脉冲飞行时间的飞秒激光测距、超快光谱学领域,具体涉及一种基于光纤延迟线的双飞秒激光光学频率梳锁定装置。该装置中的两激光器输出脉冲序列的重复频率差可锁定至任意频率值,可适用于通信波段的飞秒激光器的双飞秒激光光学频率梳锁定。
技术介绍
光学频率梳自上世纪九十年代被专利技术,已经被广泛应用于测量领域,如时间频率基准,距离测量,光谱学等。两台重复频率差恒定,载波包络偏移频率稳定的飞秒激光光学频率梳被称为双飞秒激光光学频率梳系统。双飞秒激光光学频率梳系统中,由于两脉冲序列重复频率差的存在,一脉冲序列在对另一脉冲序列采样,经过光电探测器探测,便可以把振荡频率为百太赫兹波段的光学振荡频率信号降采样为吉赫兹量级的电学信号。从该电学信号可以精确地反算出飞秒脉冲光学信号的时间域、频率域信息,实现基于双飞秒激光光学频率梳系统的精密测量。2009年,美国国家标准与技术研究院的I.Coddington等人使用双飞秒激光光学频率梳系统实现了大尺度绝对距离精密测量,在测量目标距离为30km时,测量精度<5nm,测量不确定度为10-13。美国国家标准与技术研究院在使用双飞秒激光光学频率梳系统进行分子特征吸收谱的测量的技术也同样在世界领先,该研究组使用不同波段的双飞秒激光光学频率梳系统,结合光学异步降采样和时域傅里叶变换的方法,对HCN分子、水分子等的特征吸收谱进行了测量,与HITRAN数据库中的结果有很高的一致性。性能优良的双飞秒激光光学频率梳锁定装置是实现双飞秒激光光学频率梳运转的关键。覆盖各个光学波段(800nm、1550nm及2000nm波段)、低噪声的双飞秒激光光学频率梳在距离测量、光谱学等测量领域中得到了广泛的应用。目前,常用的实现双飞秒激光光学频率梳的方法主要有两种。第一种是将两台飞秒激光器的重复频率锁定至两不同频率的射频基准,然后再将两台激光器的载波包络偏移频率锁定至同一个射频基准,从而实现两台有重复频率差的飞秒激光光学频率梳的运转。但是由于此方法是将光学频率参考至射频基准,无论怎样提升锁相系统的性能,光学频率也会有很大的残余的噪声,进而导致两台飞秒激光器相干程度的下降。第二种方法是将两台飞秒激光器的重复频率锁定至两不同频率的光学频率基准,即两个频率稍有不同的光学超稳腔上。随后再将两台激光器的载波包络偏移频率锁定至同一个射频基准,从而实现两台有重复频率差的飞秒激光光学频率梳的运转。但是超稳腔的受限于结构复杂、成本及其昂贵、造价高等缺点,不利于推广。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足,提供一种基于光纤延迟线的双飞秒激光光学频率梳锁定装置,该装置适用于具有一定重复频率差的两台通信波段飞秒激光器,利用公里量级的光纤延迟链路锁定两台激光器的重复频率,使之产生固定频率差,最后使用自参考干涉仪实现载波包络偏移频率的锁定,最终实现双脉冲飞秒激光装置的运转。该装置具有结构简单、低成本、重复频率差可调等优点。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的:一种基于光纤延迟线的双飞秒激光光学频率梳锁定装置,包括第一飞秒激光器、第二飞秒激光器、第一飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统、第二飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统、第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅、第一波分复用器、2×2光纤分束器、法拉第旋光镜、光纤延迟链路、可调色散补偿系统、声光调制器、法拉第旋光镜、第二波分复用器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一混频器、第二混频器、第一锁相控制器、第二锁相控制器、射频基准和电学倍频器;所述第一飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统和第二飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统均由飞秒激光器、光谱展宽器、光学倍频晶体、光电探测器、射频基准、数字鉴相器和锁相控制器组成;所述2×2光纤分束器包括a、b、c、d四个端口;第一飞秒激光器和第二飞秒激光器输出的脉冲序列通过第一飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统和第二飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统分别实现载波包络偏移频率的锁定,射频基准经由电学倍频器倍频;第一飞秒激光器输出的脉冲序列依次经过第一光纤布拉格光栅、第一波分复用器后进入2×2光纤分束器的a端,2×2光纤分束器的c端输出的脉冲序列经过法拉第旋光镜后返回至b端,2×2光纤分束器的d端输出的脉冲序列依次经过光纤延迟链路、可调色散补偿系统、声光调制器和法拉第旋光镜后返回至b端,b端输出的脉冲序列经过第二波分复用器、第一光电探测器后,由第一混频器将第一光电探测器输出的信号和射频基准的倍频信号混频后,混频信号输入至第一锁相控制器,由第一锁相控制器控制第一飞秒激光器中的重复频率调节器,实现第一飞秒激光器的光学频率锁定;第二飞秒激光器输出的脉冲序列依次经过第二光纤布拉格光栅、第一波分复用器后进入2×2光纤分束器的a端,2×2光纤分束器的c端输出的脉冲序列经过法拉第旋光镜后返回至b端,2×2光纤分束器的d端输出的脉冲序列依次经过光纤延迟链路、可调色散补偿系统、声光调制器和法拉第旋光镜后返回至b端,b端输出的脉冲序列经过第二波分复用器、第二光电探测器后,由第二混频器将第二光电探测器输出的信号和射频基准的倍频信号混频后,混频信号输入至第二锁相控制器,由第二锁相控制器控制第二飞秒激光器中的重复频率调节器,实现第二飞秒激光器的光学频率锁定。与现有技术相比,本专利技术的技术方案所带来的有益效果是:1.本技术方案中的重复频率锁定部分依赖于公里量级的光学延迟链路,不包含昂贵的高精度光学频率基准源,例如光学超稳腔。光学超稳腔的有着结构复杂、成本及其昂贵、造价高等缺点,不利于推广。而本专利技术中光学延迟链路的使用使得整个系统较为简单、成本低廉。2.本技术方案中通过改变色散补偿系统的色散补偿量,可以实现两台飞秒激光器重复频率差的连续调节。3.该技术方案原理上适用于输出脉冲的波长为任意波段(800nm、1040nm、1550nm以及2000nm)的飞秒激光器。4.本专利技术装置结构简单,两激光器输出脉冲序列的重复频率差可通过调节色散补偿系统的补偿量锁定至任意频率值,锁定后的两激光器可获得高相干度的时域干涉信号,利于广泛推广。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统的组成结构示意图。附图标记:1-第一飞秒激光器;2-第二飞秒激光器;3-第一飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统;4-第二飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统;5-第一光纤布拉格光栅;6-第二光纤布拉格光栅;7-第一波分复用器;8-2×2光纤分束器;9-法拉第旋光镜;10-光纤延迟链路;11-可调色散补偿系统;12-声光调制器;13-法拉第旋光镜;14-第二波分复用器;15-第一光电探测器;16-第二光电探测器;17-第一混频器;18-第二混频器;19-第一锁相控制器;20-第二锁相控制器;21-射频基准;22-电学倍频器;23-飞秒激光器;24-光谱展宽器;25-光学倍频晶体;26-光电探测器;27-射频基准;28-数字鉴相器;29-锁相控制器。其中,实线代表光路,虚线代表电学线路。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。如图1所示,一种基于光纤延迟线的双飞秒激光光学频率梳锁定装置,第一飞秒激光器1和第二飞本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于光纤延迟线的双飞秒激光光学频率梳锁定装置,其特征在于,包括第一飞秒激光器(1)、第二飞秒激光器(2)、第一飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统(3)、第二飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统(4)、第一光纤布拉格光栅(5)、第二光纤布拉格光栅(6)、第一波分复用器(7)、2×2光纤分束器(8)、法拉第旋光镜(9)、光纤延迟链路(10)、可调色散补偿系统(11)、声光调制器(12)、法拉第旋光镜(13)、第二波分复用器(14)、第一光电探测器(15)、第二光电探测器(16)、第一混频器(17)、第二混频器(18)、第一锁相控制器(19)、第二锁相控制器(20)、射频基准(21)和电学倍频器(22);所述2×2光纤分束器(8)包括a、b、c、d四个端口;第一飞秒激光器(1)和第二飞秒激光器(2)输出的脉冲序列通过第一飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统(3)和第二飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统(4)分别实现载波包络偏移频率的锁定,射频基准(21)经由电学倍频器(22)倍频;第一飞秒激光器(1)输出的脉冲序列依次经过第一光纤布拉格光栅(5)、第一波分复用器(7)后进入2×2光纤分束器(8)的a端,2×2光纤分束器(8)的c端输出的脉冲序列经过法拉第旋光镜(9)后返回至b端,2×2光纤分束器(8)的d端输出的脉冲序列依次经过光纤延迟链路(10)、可调色散补偿系统(11)、声光调制器(12)和法拉第旋光镜(13)后返回至b端,b端输出的脉冲序列经过第二波分复用器(14)、第一光电探测器(15)后,由第一混频器(17)将第一光电探测器(15)输出的信号和射频基准(21)的倍频信号混频后,混频信号输入至第一锁相控制器(19),由第一锁相控制器(19)控制第一飞秒激光器(1)中的重复频率调节器,实现第一飞秒激光器(1)的光学频率锁定;第二飞秒激光器(2)输出的脉冲序列依次经过第二光纤布拉格光栅(6)、第一波分复用器(7)后进入2×2光纤分束器(8)的a端,2×2光纤分束器(8)的c端输出的脉冲序列经过法拉第旋光镜(9)后返回至b端,2×2光纤分束器(8)的d端输出的脉冲序列依次经过光纤延迟链路(10)、可调色散补偿系统(11)、声光调制器(12)和法拉第旋光镜(13)后返回至b端,b端输出的脉冲序列经过第二波分复用器(14)、第二光电探测器(16)后,由第二混频器(18)将第二光电探测器(16)输出的信号和射频基准(21)的倍频信号混频后,混频信号输入至第二锁相控制器(20),由第二锁相控制器(20)控制第二飞秒激光器(2)中的重复频率调节器,实现第二飞秒激光器(2)的光学频率锁定。...

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤延迟线的双飞秒激光光学频率梳锁定装置,其特征在于,包括第一飞秒激光器(1)、第二飞秒激光器(2)、第一飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统(3)、第二飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统(4)、第一光纤布拉格光栅(5)、第二光纤布拉格光栅(6)、第一波分复用器(7)、2×2光纤分束器(8)、法拉第旋光镜(9)、光纤延迟链路(10)、可调色散补偿系统(11)、声光调制器(12)、法拉第旋光镜(13)、第二波分复用器(14)、第一光电探测器(15)、第二光电探测器(16)、第一混频器(17)、第二混频器(18)、第一锁相控制器(19)、第二锁相控制器(20)、射频基准(21)和电学倍频器(22);所述2×2光纤分束器(8)包括a、b、c、d四个端口;第一飞秒激光器(1)和第二飞秒激光器(2)输出的脉冲序列通过第一飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统(3)和第二飞秒激光器载波包络偏移频率锁定系统(4)分别实现载波包络偏移频率的锁定,射频基准(21)经由电学倍频器(22)倍频;第一飞秒激光器(1)输出的脉冲序列依次经过第一光纤布拉格光栅(5)、第一波分复用器(7)后进入2×2光纤分束器(8)的a端,2×2光纤分束器(8)的c端输出的脉冲序列经过法拉第旋光镜(9)后返回至b端,2×2光纤分束器(8)的d端输出的脉冲序列依次经过光纤延迟链路(10)、可调色散补偿系统(11)、声光调制器(12)和法拉第旋光镜(13)后返回至b端,b端输出的脉冲序列经过第...

【专利技术属性】
技术研发人员:宋有建田昊晨杨文凯赵雨薇胡明列
申请(专利权)人:天津大学
类型:发明
国别省市:天津,12

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