一种全光纤光学频率梳装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种全光纤光学频率梳装置，涉及激光技术领域。本发明专利技术的装置包括超稳光梳源和拍频单元，所述超稳光梳源为掺铒光纤，以提供增益的光梳种子；所述拍频单元由掺镱光纤提供增益；所述超稳光梳源产生的激光通过光纤输入至所述拍频单元后进行放大和分频拍频。本发明专利技术提供的一种全光纤光学频率梳装置，采用掺铒和掺镱两种增益光纤混合的方案，充分利用了各自的优点和好处，从而得到了适用于空间的体积小、重量轻、功耗低的高效超稳的全光纤光学频率梳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光
，特别是涉及一种全光纤光学频率梳装置。
技术介绍
时-频域精密控制的飞秒光学频率梳是精密光谱、精密测量以及相关科学领域的一次重大技术飞跃，是提高了频谱测量精度，发展比原子微波钟更精确的时间/频率标准的重要技术革新，同时作为一种有别于传统连续稳频激光的特殊激光光源，在激光频率标尺、绝对距离测量和精密光谱测量等光学精密测量领域都有着重要应用，对实现光频率合成和物理常量的精确测定有重大意义。光纤光梳具有体较小、重量轻、易操作、易维护等优点，因此特别适用于在某些特殊场合使用，如卫星、飞机、空间站等。目前，成熟的光纤光梳分为两种，一种是掺铒光纤光梳，另一种是掺镱光纤光梳，这两种光纤光梳在稳定性方面经过电路控制后，都可以达到10-19(万秒)稳定的量级，但是由于不同的光学性质，导致他们在光学结构和光学应用中有很大的不同。光纤光梳的组成通常包括光纤飞秒振荡器、放大器、超连续产生、自参考测量、拍频输出、电路锁定等部分，掺铒光纤光梳由于可以采用单模光纤补偿色散，因此在光学部分可以做成全光纤，但是劣势有两点：一是振荡器和放大器的效率不高，需要高功耗，二是中心波长在1550nm，想扩展到可见波段，需要采用放大光倍频的方式，这增加了系统的复杂性。掺镱光纤光梳优势在于由于掺杂度高，光光转换效率高，因此得到相同的光功率需要的电功耗就相对低，还有一个优势在于它的中心波长位于1030nm，通过超连续产生就可以覆盖到可见波段，简化了光梳的拍频系统。但是，镱光纤光梳的一个劣势在于不能直接采用单模光纤来补偿色散，这就造成了需要光栅等空间元件来补偿色散，从而使系统结构不能做成全光纤，目前，虽然也有采用光子晶体光纤提供负色散的技术，但是低成熟度和高损耗也暂时限制了它的应用。随着空间技术发展，光钟、高精度时频传递等在空间的应用越来越急需，光梳作为光钟的重要组成部分，空间光纤光梳的研制也越来越紧迫。但是空间的特殊环境对光纤光梳提出了苛刻的要求，如要求体积尽量小，质量尽量轻，功耗尽量小等，这些条件对于地面应用来说，实际都是非必要条件，但是一旦涉及到空间，则会成为制约性条件。如何建成体积小，重量轻、功耗低的空间光纤光梳是一个急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是要提供一种全光纤光学频率梳装置，以实现全光纤结构的光学频率梳，建成一种体积小，重量轻、功耗低的能够适用与在空间技术中的光学频率梳。特别地，本专利技术提供了一种全光纤光学频率梳装置，包括：超稳光梳源和拍频单元，所述超稳光梳源为掺铒光纤，以提供增益的光梳种子；所述拍频单元由掺镱光纤提供增益；所述超稳光梳源产生的激光通过光纤输入至所述拍频单元后进行放大和分频拍频。进一步地，所述超稳光梳源包括通过光纤连接的掺铒的光纤飞秒激光振荡器、掺铒光纤放大器、非线性光纤、自参考测量、电路锁定。进一步地，所述掺铒的光纤飞秒激光振荡器能够输出超短脉冲激光，所述掺铒的光纤飞秒激光振荡器为偏振旋转锁模、饱和吸收体直腔锁模、8字型或9字型的环形腔中的一种。进一步地，所述拍频单元包括通过光纤连接的掺镱光纤放大器、光纤压缩器、非线性光纤超连续产生、分光及拍频。进一步地，所述拍频单元中对所述非线性光纤产生的超连续光进行分光时，按照功率分为若干路，所述若干路中的任一路均可与不同波长的连续光拍频。进一步地，所述拍频单元中对所述非线性光纤产生的超连续光进行分光时，按照波长分为若干路，所述若干路中的任一路均为单一波长，且只能与其相同波长的连续激光拍频。进一步地，所述掺镱光纤放大器采用一级放大或者二级放大。进一步地，所述光纤压缩器为布拉格衍射光纤或者有负色散补偿效应的拉锥光子晶体光纤。进一步地，所述超稳光梳源输入至所述拍频单元的激光为1030nm光谱成分。进一步地，所述超稳光梳源中经过掺铒的光纤飞秒激光振荡器、掺铒光纤放大器及非线性光纤后产生的1030nm激光，输入到所述拍频单元中，经过所述拍频单元中的掺镱光纤放大器、光纤压缩器、光纤超连续产生后，分为若干路，与不同的连续激光进行拍频，最后由探测器探测到信噪比足够高的拍频信号。本专利技术提供的一种全光纤光学频率梳装置，包括掺铒的光纤光梳种子源和掺镱光纤的放大和拍频部分，其采用铒光纤作为光梳的种子，输出稳定的飞秒光梳，然后再采用镱光纤作为放大超连续产生的拍频光路，提供给与外界超稳激光和连续激光拍频输出。本专利技术提供的一种全光纤光学频率梳装置，具有如下的特点：1.采用掺铒和掺镱两种增益光纤混合的方案，充分利用了各自的优点和好处，从而得到了适用于空间的体积小、重量轻、功耗低的高效超稳的全光纤光学频率梳。2.本专利技术装置中掺铒光梳作为种子，提供了稳定的光源，并且该光源中的红外脉冲也可以用作与外部激光拍频输出。3.本专利技术装置中掺镱一路作为光梳的输出，可分成多路不同波长，因此具备同时测量多个光频的作用，也可以将多个光频同时锁定到本装置上。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1是本专利技术的一种全光纤光学频率梳装置的一般性结构示意图；图2是本专利技术的一个实施例中的铒光纤振荡器输出的光谱曲线图；图3是本专利技术的一个实施例中的镱光纤输出的超连续光谱曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细描述。本专利技术的专利技术人发现：首先，掺铒光纤光梳输出中心波长在1550nm，掺镱光纤光梳输出中心波长在1030nm，这两种不同的振荡波长在单模光纤中的色散特性刚好相反，1550nm的激光在单模光纤中是负色散的，而1030nm的激光在单模光纤中是正色散的，这令铒光纤飞秒激光器中可以直接利用单模光纤来补偿正色散，而镱光纤飞秒激光器中必须加入光栅对作为色散补偿元件提供负色散，从这点上来说，铒光纤光梳更有利于实现全光纤的结构，从而大大简化体积，提高稳定性。除此之外，这两种增益介质的吸收效率不同，铒光纤振荡器的光光转换在10～15％之间，而镱光纤振荡器的光光转换效率在25％～30％间，因此从能效角度来说，镱光纤更适合作为放大的增益介质。光纤光梳的组成通常包括光纤飞秒振荡器、放大器、超连续产生、自参考测量、拍频输出、电路锁定等部分，掺铒光纤光梳由于可以采用单模光纤补偿色散，因此在光学部分可以做成全光纤，但是劣势有两点：一是振荡器和放大器的效率不高，需要高功耗，二是中心波长在1550nm，想扩展到可见波段，需要采用放大光倍频的方式，这增加了系统的复杂性。掺镱光纤光梳优势在于由于掺杂度高，光光转换效率高，因此得到相同的光功率需要的电功耗就相对低，还有一个优势在于它的中心波长位于1030nm，通过超连续产生就可以覆盖到可见波段，简化了光梳的拍频系统。但是，镱光纤光梳的一个劣势在于不能直接采用单模光纤来补偿色散，这就造成了需要光栅等空间元件来补偿色散，从而使系统结构不能做成全光纤，目前，虽然也有采用光子晶体光纤提供负色散的技术，但是低成熟度和高损耗也暂时限制了它的应用。因此，本专利技术的专利技术人提出了一种混合型的光纤光梳装置，采用铒光纤作为光梳的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全光纤光学频率梳装置，其特征在于，包括超稳光梳源和拍频单元，所述超稳光梳源为掺铒光纤，以提供增益的光梳种子；所述拍频单元由掺镱光纤提供增益；所述超稳光梳源产生的激光通过光纤输入至所述拍频单元后进行放大和分频拍频。

【技术特征摘要】
1.一种全光纤光学频率梳装置，其特征在于，包括超稳光梳源和拍频单元，所述超稳光梳源为掺铒光纤，以提供增益的光梳种子；所述拍频单元由掺镱光纤提供增益；所述超稳光梳源产生的激光通过光纤输入至所述拍频单元后进行放大和分频拍频。2.根据权利要求1所述的全光纤光学频率梳装置，其特征在于，所述超稳光梳源包括通过光纤连接的掺铒的光纤飞秒激光振荡器、掺铒光纤放大器、非线性光纤、自参考测量、电路锁定。3.根据权利要求2所述的全光纤光学频率梳装置，其特征在于，所述掺铒的光纤飞秒激光振荡器能够输出超短脉冲激光，所述掺铒的光纤飞秒激光振荡器为偏振旋转锁模、饱和吸收体直腔锁模、8字型或9字型的环形腔中的一种。4.根据权利要求1所述的全光纤光学频率梳装置，其特征在于，所述拍频单元包括通过光纤连接的掺镱光纤放大器、光纤压缩器、非线性光纤超连续产生、分光及拍频。5.根据权利要求4所述的全光纤光学频率梳装置，其特征在于，所述拍频单元中对所述非线性光纤产生的超连续光进行分光时，按照功率分为若干路，所述若干路中的任一路均可与不同波...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志义，王立娜，韩海年，谢阳，庞利辉，张子越，刘文军，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11