一种自适应双光梳光谱补偿信号提取方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应双光梳光谱补偿信号提取系统，其特点是迈克尔逊干涉仪和电学拍频获得自适应双光梳光谱补偿信号，采用时域延时和频域选择的方式，有效利用迈克尔逊干涉仪相干探测一定延时的前后脉冲，提取出表征单个脉冲激光器自身重复频率抖动和载波包络相位抖动的信号，最后通过电学倍频及混频过程，获得表征两个脉冲激光器相对重复频率抖动和相对载波包络相位抖动的补偿信号，可直接用于自适应双光梳光谱测量。本发明专利技术与现有技术相比完全避免了自适应双光梳光谱中需要引入两台窄线宽连续激光器提取补偿信号的方式，补偿信号受连续光波长飘移干扰小，信号稳定可靠，进一步提高了自适应双光梳光谱系统的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电探测
，具体地说是一种基于基于迈克尔逊干涉仪的自适应双光梳光谱补偿信号提取方法。
技术介绍
双光梳光谱技术作为近年来科研领域的前沿课题，能极大的提高光谱探测的精度。双光梳光谱探测技术相比传统技术有两个改进，一是采用光梳替代传统光源，作为标准的频率谱线位置更稳定，线宽更窄，精度更高；另一个是采用两个重复频率略有差异的光梳同时测量，一个作为参考光梳，一个作为激发光梳，类似于游标卡尺的主尺和副尺，通过频率错位和拍频探测，进一步提高频率测量的精度。近期发展起来的自适应双光梳光谱技术，采用两台窄线宽连续激光器和两台超短脉冲激光器拍频，再经过电路混频、倍频、放大、滤波处理，获得表征两台超短脉冲激光器相对重复频率抖动和相对载波包络相位抖动的补偿信号，表征相对重复频率抖动的信号用于光谱探测过程中的异步采样，表征相对载波包络相位抖动的信号用于光谱干涉信号混频，最终在信号处理阶段消除抖动的影响，实现高精度光谱探测。目前的自适应双光梳光谱系统中，补偿信号的源头来自两台窄线宽连续激光器和两台超短脉冲激光器的相互光学拍频，由于环境温度、振动变化，每台窄线宽激光器或者超短脉冲激光器的光频会随时间随机飘移，因此，光学拍频信号的中心频率也会随时间随机飘移，并且飘移范围非常大，很容易超出电路滤波器的带宽，导致拍频信号丢失，电路处理模块失效，自适应补偿系统工作异常。为控制窄线宽连续激光器和超短脉冲激光器的光学拍频信号飘移范围，可以通过建立负反馈环路，通过调节连续激光器的温度、泵浦功率或者脉冲激光器的重复频率等参数，将两者的拍频飘移控制在后续电路滤波器的带宽之内，但是这种负反馈的补偿方式必然会对自适应光梳光谱造成干扰，降低系统的测量精度。现有技术的自适应双光梳光谱系统，其补偿信号提取方式必须首先使用窄线宽连续激光器与超短脉冲激光器光学拍频，存在拍频信号丢失的重大隐患，影响系统长期运转的稳定性、可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而提供的一种自适应双光梳光谱补偿信号提取方法，采用两个独立的迈克尔逊干涉仪分别测量两台超短脉冲激光器的频率抖动，利用时域延时和频域选择的方式，提取出表征两台脉冲激光器相对重复频率抖动和相对载波包络相位抖动的信号，实现双光梳光谱测量，无需对脉冲激光器进行重复频率或者载波包络相位的主动控制，避免了传统自适应双光梳光谱补偿信号提取方式中窄线宽连续光与超短脉冲激光的光频飘移，保证拍频信号长期稳定存在，较好的解决了光学拍频信号飘移导致的补偿信号丢失问题，系统简单，操作方便，大大提高了自适应双光梳光谱测量系统的稳定性。本专利技术的目的是这样实现的：一种自适应双光梳光谱补偿信号提取方法，包括超短脉冲激光器、光电探测器、电学倍频及滤波单元和双光梳光谱数据处理单元，其特点是采用两个独立的迈克尔逊干涉仪分别测量两台超短脉冲激光器的频率抖动，然后将两迈克尔逊干涉仪的输出光分别进入两光学分束器，两光学分束器将输出光分别耦合到四个光学滤波器，滤波后的四个光信号分别由四个光电探测器进行探测，每个光电探测器将探测的光信号平均分为两路输出，一路输出光经电学倍频及滤波单元后与另一路输出光依次分别进入一级混频和二级混频，然后将二级混频处理后的光信号作为自适应双光梳光谱的补偿信号接入双光梳光谱数据处理单元。所述每个光电探测器将探测到的光信号平均分为两路输出为四个光电探测器分别探测得到①、②、③和④四个光信号，每个光信号平均分为两路输出，两光电探测器一路输出的①和②两个光信号分别经两个电学倍频及滤波单元后进入一级混频，两光电探测器另一路输出的①和②两个光信号分别直接进入一级混频；另两光电探测器一路输出的③和④两个光信号分别经另两个电学倍频及滤波单元后进入另一个一级混频，另两光电探测器另一路输出的③和④两个光信号分别直接进入另一个一级混频；所述四个电学倍频及滤波单元中的两个电学倍频及滤波单元分别对①和③光信号作(p-1)倍的倍频处理，另两个电学倍频及滤波单元分别对②和④光信号作p倍的倍频处理，分别得到①×(p-1)、②×p、③×(p-1)和④×p四个倍频后的信号，将倍频后的①×(p-1)、②×p和未倍频的①和②光信号进入一级混频，一级混频将①×(p-1)与①、②×p与②的光信号混频后，分别得到①-②和②×p-a1×(p-1)两个混频的光信号；将倍频后的③×(p-1)、④×p和未倍频的③、④光信号进入另一个一级混频，另一个一级混频将③×(p-1)与③、④×p与④的光信号混频后，分别得到③-④和④×p-③×(p-1)两个混频的光信号，然后将①-②、②×p-①×(p-1)两个混频的光信号和③-④和④×p-③×(p-1)两个混频的光信号分别进入二级混频，经二级混频处理后分别得到(①-②)-(③-④)和[②×p-①×(p-1)]-[④×p-③×(p-1)]两个作为自适应双光梳光谱的补偿信号接入双光梳光谱数据处理单元；所述两个自适应双光梳光谱的补偿信号分别为(n-m)△fr和△f0+q△fr，其中：△fr为两台超短脉冲激光器的相对重复频率抖动；△f0为两台超短脉冲激光器的相对载波包络相位抖动；p、n和m均为正整数。所述迈克尔逊干涉仪包括分束片或光纤耦合器、两个法拉第反射镜、延时晶体或延时光纤和带驱动的声光调制器，超短脉冲激光器的输出光经过分束片或光纤耦合器按功率比为1:1分成两束光，一束光直接经过第一法拉第反射镜反射，回到分束片或光纤耦合器，另一束光先经过延时晶体或延时光纤，再经过带驱动的声光调制器，最后经过第二法拉第反射镜反射，依次经带驱动的声光调制器和延时晶体或延时光纤回到分束片或光纤耦合器，两束反射光在分束片或光纤耦合器上合成一束从迈克尔逊干涉仪输出。所述光学分束器为1:1分光比的半透半反镜片或光纤耦合器。所述光学滤波器为允许特定波长的激光通过，隔绝其他波长激光通过的窄带滤波镜片、光纤光栅或光纤滤波器。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：⑴、不需要窄线宽连续激光器以及连续激光器和脉冲激光器的光学拍频，因此避免了光学拍频信号的随机抖动，提高自适应双光梳光谱补偿系统的稳定性和可靠性。⑵、采用两个独立的迈克尔逊干涉仪分别测量两台超短脉冲激光器的频率抖动，彼此之间无干扰，探测噪声低。⑶、采用频域选择的方式，在两个不同的频率窗口相干探测脉冲的拍频信号，通过灵活选择频率间隔和窗口大小，能降低频域噪声，提高探测灵敏度。⑷、迈克尔逊干涉仪中加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应双光梳光谱补偿信号提取方法，包括超短脉冲激光器、光电探测器、电学倍频及滤波单元和双光梳光谱数据处理单元，其特征在于采用两个独立的迈克尔逊干涉仪分别测量两台超短脉冲激光器的频率抖动，然后将两迈克尔逊干涉仪的输出光分别进入两光学分束器，两光学分束器将输出光分别耦合到四个光学滤波器，滤波后的四个光信号分别由四个光电探测器进行探测，每个光电探测器将探测的光信号平均分为两路输出，一路输出光经电学倍频及滤波单元后与另一路输出光依次分别进入一级混频和二级混频，然后将二级混频处理后的光信号作为自适应双光梳光谱的补偿信号接入双光梳光谱数据处理单元。

【技术特征摘要】
1.一种自适应双光梳光谱补偿信号提取方法，包括超短脉冲激光器、光电探测
器、电学倍频及滤波单元和双光梳光谱数据处理单元，其特征在于采用两个独
立的迈克尔逊干涉仪分别测量两台超短脉冲激光器的频率抖动，然后将两迈克
尔逊干涉仪的输出光分别进入两光学分束器，两光学分束器将输出光分别耦合
到四个光学滤波器，滤波后的四个光信号分别由四个光电探测器进行探测，每
个光电探测器将探测的光信号平均分为两路输出，一路输出光经电学倍频及滤
波单元后与另一路输出光依次分别进入一级混频和二级混频，然后将二级混频
处理后的光信号作为自适应双光梳光谱的补偿信号接入双光梳光谱数据处理单
元。
2.根据权利要求1所述自适应双光梳光谱补偿信号提取方法，其特征在于所述
每个光电探测器将探测到的光信号平均分为两路输出为四个光电探测器分别探
测得到①、②、③和④四个光信号，每个光信号平均分为两路输出，两光电探
测器一路输出的①和②两个光信号分别经两个电学倍频及滤波单元后进入一级
混频，两光电探测器另一路输出的①和②两个光信号分别直接进入一级混频；
另两光电探测器一路输出的③和④两个光信号分别经另两个电学倍频及滤波单
元后进入另一个一级混频，另两光电探测器另一路输出的③和④两个光信号分
别直接进入另一个一级混频；所述四个电学倍频及滤波单元中的两个电学倍频
及滤波单元分别对①和③光信号作(p-1)倍的倍频处理，另两个电学倍频及滤
波单元分别对②和④光信号作p倍的倍频处理，分别得到①×(p-1)、②×p、
③×(p-1)和④×p四个倍频后的信号，将倍频后的①×(p-1)、②×p和未
倍频的①和②光信号进入一级混频，一级混频将①×(p-1)与①、②×p与②
的光信号混频后，分别得到①-②和②×p-a1×(p-1)两个混频的光信号；将
倍频后...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾和平，杨康文，郝强，
申请(专利权)人：上海朗研光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31