梳齿频率间隔可扫频的光频梳产生装置及产生方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种梳齿频率间隔可扫频的光频梳产生装置，信号发生器经过微波功率分配器后形成两路输出端，其中，第一路输出端经过第一宽带微波功率放大器后与光电相位调制器相连接，第二路输出端依次经过可调微波延迟线和第二宽带微波功率放大器后与光电强度调制器相连接，连续波激光器依次经过级联的光电相位调制器和光电强度调制器输出，光电强度调制器设有直流偏置。同时还提供了产生方法。本发明专利技术实现梳齿频率间隔的宽带连续扫频和精确任意调节；所产生的光频梳相位、频率稳定；产生光频梳中心波长稳定，且可调谐；设备方案简单，成本较低；符合光学测量、光学成像、激光雷达、激光光谱学、光纤传感、光通信以及微波光子学等领域的应用需求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种梳齿频率间隔可扫频的光频梳产生装置，信号发生器经过微波功率分配器后形成两路输出端，其中，第一路输出端经过第一宽带微波功率放大器后与光电相位调制器相连接，第二路输出端依次经过可调微波延迟线和第二宽带微波功率放大器后与光电强度调制器相连接，连续波激光器依次经过级联的光电相位调制器和光电强度调制器输出，光电强度调制器设有直流偏置。同时还提供了产生方法。本专利技术实现梳齿频率间隔的宽带连续扫频和精确任意调节；所产生的光频梳相位、频率稳定；产生光频梳中心波长稳定，且可调谐；设备方案简单，成本较低；符合光学测量、光学成像、激光雷达、激光光谱学、光纤传感、光通信以及微波光子学等领域的应用需求。【专利说明】
本专利技术涉及光通信和光学测量
的一种梳齿间隔频率可宽带相位连续扫频的光学频率梳的产生方法，具体地说，是一种采用级联光电相位调制器和光电强度调制器，实现梳齿间隔频率可宽带相位连续频率扫描的，在整个扫频过程中光频梳的梳齿平坦度保持不变。
技术介绍
频率间隔精确稳定、梳齿相干的光学频率梳被广泛应用于激光测量、光学成像、激光雷达、激光光谱学、光纤传感、光通信以及微波光子学等领域。梳齿功率平坦、频谱范围宽、相位相干且梳齿频率间隔可连续任意控制的光学频率梳，在任意波形发生器、宽带可调频的微波光子滤波器、宽带可调谐微波/毫米波/太赫兹信号产生、多个光学频率梳间的同步和锁相、光学测量以及超宽带连续谱光学频率梳的产生中均有迫切的需求。目前，主要的梳齿间隔频率可调谐光学频率梳产生方式有基于光放大器的光纤环路、锁模激光器以及射频信号驱动的级联光电相位调制三种。第一种，基于光放大器的光纤环路，将光电调制器放置于环路内部，通过循环频率偏移的方式产生多条梳齿，并通过光纤环路内部的光纤放大器和光带通滤波器分别补偿环路损耗和控制频梳带宽。其梳齿间隔与调制器驱动信号频率以及光纤环路的振荡频率相关，调节梳齿频率间隔时需要匹配的进行光放大器和光滤波器的调节，因此不能对梳齿间隔频率进行相位相干的连续调节；且通过光纤环路中的光放大器进行循环放大，多次累积后产生的频率梳齿噪声系数逐步增大。第二种，采用非线性介质对锁模激光器进行光谱展宽，产生相位相干的宽带超连续光谱，其梳齿频率间隔可以通过调节振荡腔的长度进行调谐。经过对现有技术文献的检索发现，现有的对锁模激光器梳齿间隔频率(即重复频率)进行连续扫频调节的实现方式主要有两种。Brian R.Washburn等人发表在学术杂志《Optics Express》(《光学快讯》)中的学术论文 “Fiber-laser-based frequency comb with a tunable repetitionrate”(基于光纤激光器的重复频率可调谐频率梳)中，提出利用电机控制的腔内光纤延时线，改变锁模激光器的腔长从而达到频率调谐的目的。其梳齿频率间隔的调节范围为49.34-50.12MHz，激光器在整个调谐过程中可以保持锁模，即是相位相干。HolgerHundermark等人发表在学术杂志《Optics Express))(《光学快讯》)中的学术论文“Stablesub_85fs passively mode-locked Erbiumfiber oscillator with tunable repetitionrate” (重复频率可调谐的亚85飞秒被动锁模掺铒光纤振荡器)中，提出通过改变锁模激光器腔内的可调节透镜的位置，从而改变腔长，达到频率调谐的目的。其对频率间隔的调节范围为1.1MHz，在整个调谐过程中可以保持梳齿间稳定的相干性。上述方案均可对光频梳的梳齿频率间隔进行连续的相干调谐，但是由于锁模激光器需要对腔进行复杂的稳定控制，限制了腔长的可调谐范围，从而限制了梳齿频率间隔的调谐范围在数个MHz级别，且需要复杂的腔体稳定性控制机制。第三种，射频信号驱动的级联光电相位调制可产生相位相干、梳齿功率平坦的光学频率梳，其产生的梳齿数量略少与前两种方式，但其结构简单，稳定性高，且梳齿频率间隔可直接由驱动的射频信号精确调节。然而，为了使产生的频率梳齿保持平坦，需要控制级联光电相位和强度调制器的驱动信号使其相位匹配，且不同驱动频率下需要重新校准驱动信号的相位关系。因此不能在保持光梳平坦性的同时实现梳齿间隔频率的宽带连续扫频。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提出了一种基于射频信号驱动级联光电相位调制器和光电强度调制器的，通过产生装置产生的光学频率梳相位相干，梳齿频率间隔可在宽带范围内保持相位连续地扫频，其产生的光频率梳相位、频率稳定，实现方式较简单，可满足光学测量、光学成像、激光雷达、激光光谱学、光纤传感、光通信以及微波光子学等领域的应用需求。本专利技术是通过以下技术方案实现的。根据本专利技术的一个方面，提供了一种梳齿频率间隔可扫频的光频梳产生装置，包括信号发生器、连续波激光器、光电相位调制器、光电强度调制器、微波功率分配器、第一宽带微波功率放大器、第二宽带微波功率放大器以及可调微波延迟线，其中，所述信号发生器经过微波功率分配器后形成两路输出端，其中，第一路输出端经过第一宽带微波功率放大器后与光电相位调制器相连接，第二路输出端依次经过可调微波延迟线和第二宽带微波功率放大器后与光电强度调制器相连接，所述连续波激光器依次经过级联的光电相位调制器和光电强度调制器输出，所述光电强度调制器设有直流偏置。优选地，还包括延时相干仪、光电接收机以及采样示波器，所述光电强度调制器的输出端与延时相干仪相连接，所述延时相干仪与光电接收机相连接，所述光电接收机与采样示波器相连接。优选地，所述信号发生器采用微波信号发生器或高速脉冲信号发生器。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种梳齿频率间隔可扫频的光频梳产生方法，包括以下步骤:步骤I，信号发生器产生宽带频率可调谐信号通过微波功率分配器后分为两路，第一路经第一宽带微波功率放大器放大后驱动光电相位调制器；第二路经过可调微波延迟线后，再经过第二宽带微波功率放大器放大，驱动光电强度调制器；步骤2，连续波激光器输出的光载波信号经过级联的光电相位调制器和光电强度调制器，调节光电强度调制器的偏置点使输出形成平坦的光频梳；步骤3，调节可调延迟线，使得光电延迟差为零，实现宽带相位匹配；此时，信号发生器输出宽带扫频的信号，相应地，光电强度调制器输出的光频梳的梳齿间隔频率也随之扫频变化，产生梳齿频率间隔可宽带扫频的光频梳。优选地，所述步骤2中，光频梳的梳齿间隔频率与信号发生器所产生的信号的频率相同。优选地，还包括步骤4，所述步骤4具体为:步骤3产生的梳齿频率间隔可宽带扫频的光频梳，经过延时相干仪和光电接收机后，通过采样示波器显示。本专利技术提供的，其输出光频梳的梳齿平坦度不随着信号发生器输出信号的频率变化而改变，即不随着光频梳的梳齿间隔频率变化而改变，在整个宽带扫频过程中能够保持稳定的光谱平坦度；使得级联光电相位调制器和光电强度调制之间光信号延时和微波驱动信号延时精确匹配。采用级联的光电相位调制器和光电强度调制器，并精确调节两个调制器之间光信号和微波驱动信号之间的延时，实现光电延时差的宽带相位匹配，通过微波驱动信号的宽带相位连续频率扫描，实现梳齿间隔频率随之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种梳齿频率间隔可扫频的光频梳产生装置，其特征在于，包括信号发生器、连续波激光器、光电相位调制器、光电强度调制器、微波功率分配器、第一宽带微波功率放大器、第二宽带微波功率放大器以及可调微波延迟线，其中，所述信号发生器经过微波功率分配器后形成两路输出端，其中，第一路输出端经过第一宽带微波功率放大器后与光电相位调制器相连接，第二路输出端依次经过可调微波延迟线和第二宽带微波功率放大器后与光电强度调制器相连接，所述连续波激光器依次经过级联的光电相位调制器和光电强度调制器输出，所述光电强度调制器设有直流偏置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢玮霖，董毅，周潜，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31