一种基于电控偏振控制器的光梳控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于电控偏振控制器的光梳控制方法及系统，所述系统包括：用于提供种子光的激光光源、用于将种子光的能量放大的放大装置、用于检测并获取重复频率信号和载波包络相位信号的自参考拍频探测装置、用于锁定重复频率信号和载波包络相位信号的锁相装置。通过电控偏振器及模块施加驱动电压控制光纤内种子光的偏振态，实现种子光的非线性偏振旋转；通过控制谐振腔腔内种子光的偏振态，实现载波包络相位信号的锁定；通过控制谐振腔的长度实现重复频率信号的锁相。

A comb control method and system based on electronic polarization controller

【技术实现步骤摘要】
一种基于电控偏振控制器的光梳控制方法及系统
本专利技术涉及激光领域，特别是涉及一种基于电控偏振控制器的光梳控制方法及系统。
技术介绍
飞秒光纤光学频率梳，简称“光梳”，已成为继超短脉冲激光问世后激光
的又一重大突破。在该领域内具有突出贡献的两位科学家J.Hall和分享了2005年诺贝尔物理学奖的一半。光梳的主要特点在于频率覆盖范围广且单根谱线线宽极窄，相当于一把超精细的“频率尺”，能将频率测量精度提高至10-19，大大加快了精密光谱、量子操控、光钟、生命科学等领域的研究进展。从数学表达上看，光梳中的每一根频率梳齿均可表达成fn＝nfr+f0。其中，n代表纵模序数，fr代表激光器重复频率信号，而f0则为载波包络相位信号，起源于脉冲群速度与相速度的失配，为梳齿整体相对于零频的偏移。从表达式中可以看出，要实现一台稳定的光梳，必须要实现fr与f0的同时锁定。早期的光梳都是基于钛宝石激光器或固体激光器实现的。然而随着激光技术的不断革新，基于钛宝石激光器或固体激光器的光梳因其庞大的体积，昂贵的造价，严苛的实验环境和复杂的光路调节，已逐渐无法适应实际应用需求。在获得了fr与f0信号后，对这两者的锁定则成为了实现稳定光梳的关键点。综合来说，对于fr，主要是以控制激光器的几何腔长L和腔内介质折射率nc为主。而f0信号的锁定方法则包括光学差频、反馈泵浦锁定和利用声光移频器(AOFS)前馈控制等，其中反馈泵浦锁定最为普遍。但是由于增益光纤粒子数反转的速率过慢，导致整个反馈系统的带宽很小，约为百Hz量级，这就对整个光学系统提出了很高要求，而光学差频及AOFS前馈控制的方法则会增加光梳的成本。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于电控偏振控制器的光梳控制方法及系统，用于解决现有技术中不便于锁定fr与f0信号的问题。为实现上述目的及其他相关目的，一种电控偏振控制器，包括：用于控制驱动电压产生形变的第一压电元件、用于装载所述第一压电元件以及装载光纤的金属元件、用于控制光脉冲偏振状态的光纤、用于装载第一压电元件的第一固件以及用于装载光纤的第二固件，所述第一压电元件的两端分别与所述第一固件以及所述金属元件连接，所述金属元件以及所述第二固件之间设有所述光纤。可选的，所述光纤的延伸方向与所述第一压电元件产生形变的方向相交。可选的，所述金属元件包括铝元件，所述第一压电元件包括压电陶瓷。一种电控偏振控制器模块，包括多个所述的电控偏振控制器，相邻两个所述电控偏振控制器中的第一压电元件的形变方向相交。可选的，所述电控偏振控制器模块包括三个所述电控偏振控制器，相邻两个所述电控偏振控制器中的第一压电元件的形变方向之间的夹角为45°。基于电控偏振控制器的光梳控制系统，包括：用于提供种子光的激光光源，所述激光光源包括任一项所述的电控偏振控制器模块、用于产生泵浦光的泵浦子单元、用于激励所述泵浦光的谐振腔以及用于分束的第一光分束器，所述泵浦子单元产生泵浦光，并将泵浦光输入至所述谐振腔，所述泵浦光在所述谐振腔受激励并辐射出种子光，所述电控偏振控制器模块控制所述种子光的偏振状态，所述种子光经过第一光分束器进行分束，并分别输入至放大装置和谐振腔；用于将种子光的能量放大的放大装置，所述种子光经过所述放大装置进行放大后分别输入至自参考拍频检测装置以及光梳输出端；用于检测并获取重复频率信号和载波包络相位信号的自参考拍频探测装置，包括光电探测器，所述光电探测器能够检测并获取种子光的重复频率信号和载波包络相位信号，将重复频率信号和载波包络相位信号输入至所述锁相装置；用于锁定重复频率信号和载波包络相位信号的锁相装置。可选的，基于电控偏振控制器的光梳控制系统还包括用于拓展种子光的频程的光谱展宽装置，所述光谱展宽装置设置于所述放大装置与所述自参考拍频探测装置之间，所述光谱展宽装置包括非线性光纤。根据权利要求7所述的基于电控偏振控制器的光梳控制系统，其特征在于，所述非线性光纤的截面形状为椭圆形。可选的，所述激光光源还包括第一泵浦源、第一增益光纤、第一复用器和第一光隔离器；按照第一泵浦源提供的第一泵浦光传播方向：依次在谐振腔内设置第一复用器、第一增益光纤、所述电控偏振控制器模块、第一光分束器以及第一光隔离器；所述第一泵浦光经过所述第一增益光纤生成种子光，所述第一复用器用于耦合所述第一泵浦源提供的第一泵浦光以及第一光分束器分束至谐振腔内的种子光，所述第一光隔离器用于单向传输第一光分束器分束至谐振腔内的种子光。可选的，所述放大装置包括双向光放大模块，所述双向光放大模块利用啁啾脉冲放大原理对种子光进行放大，所述双向光放大模块包括第二隔离器、第二光分束器、第二泵浦源、第二复用器，第二增益光纤、第三泵浦源、第三复用器和第三光分束器，所述激光光源输出的种子光输入至第二光隔离器，第二光隔离器的输出光输入至第二光分束器，第二光分束器将种子光分束至第二复用器及光梳监测端，第二泵浦源用于提供第二泵浦光，第二复用器将种子光和第二泵浦光进行耦合并输入至第二增益光纤，第三泵浦源用于提供第三泵浦光，第三复用器将种子光和第三泵浦光耦合并依次输入至第二增益光纤、第三光分束器，所述第三光分束器的输出光分别输入至自参考拍频检测装置以及光梳输出端。可选的，所述自参考拍频探测装置包括用于准直的第一透镜组、用于消除色差的第二透镜组、用于旋转偏振光的半波片、用于光学倍频的倍频晶体、用于聚焦的第三透镜组、用于宽带滤波的第四透镜组、用于窄带滤波的第五透镜组、用于聚焦的第六透镜组以及用于检测重复频率信号和载波包络相位信号的光电探测器，所述按照种子光的传输方向，依次在自参考拍频探测装置内设置：所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述半波片、所述倍频晶体、所述第三透镜组、所述第四透镜组、所述第五透镜组、所述第六透镜组以及所述光电探测器。可选的，所述锁相装置包括用于重复频率信号锁相的第一锁相模块，所述第一锁相模块包括第一带通滤波模块、第一放大模块、第一参考信号模块、第一低通滤波模块、第二放大模块、第一比例积分模块以及第三放大模块，所述谐振腔还包括第二压电元件，光电探测器测得的重复频率信号作为输入信号并输入至第一锁相模块，经第一带通滤波模块进行带通滤波和第一放大模块进行放大，然后与第一参考信号模块提供的第一参考信号进行混频，并依次经过第一低通滤波模块进行低通滤波、所述第二放大模块进行信号放大、所述第一比例积分模块进行比例积分和延长锁相时间以及经过第三放大模块进行信号放大后输入至第二压电元件进行重复频率信号的锁相。可选的，所述锁相装置还包括用于载波包络相位信号锁相的第二锁相模块，所述第二锁相模块包括第二带通滤波模块、第四放大模块、分频模块、第二参考信号模块、第二低通滤波模块、第二比例积分模块以及衰减模块，自参考拍频探测装置检测并获取载波包络相位信号后输入至所述第二带通滤波模块进行带通滤波、经过所述第四放大模块进行信号放大、经过分频模块进行分频并与第二参考信号模块提供的第二参考信号进行混频、经过第二低通滤波模块进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电控偏振控制器，其特征在于，包括：用于控制驱动电压产生形变的第一压电元件、用于装载所述第一压电元件以及装载光纤的金属元件、用于控制光脉冲偏振状态的光纤、用于装载第一压电元件的第一固件以及用于装载光纤的第二固件，所述第一压电元件的两端分别与所述第一固件以及所述金属元件连接，所述金属元件以及所述第二固件之间设有所述光纤。/n

【技术特征摘要】
1.一种电控偏振控制器，其特征在于，包括：用于控制驱动电压产生形变的第一压电元件、用于装载所述第一压电元件以及装载光纤的金属元件、用于控制光脉冲偏振状态的光纤、用于装载第一压电元件的第一固件以及用于装载光纤的第二固件，所述第一压电元件的两端分别与所述第一固件以及所述金属元件连接，所述金属元件以及所述第二固件之间设有所述光纤。


2.根据权利要求1所述的电控偏振控制器，其特征在于：所述光纤的延伸方向与所述第一压电元件产生形变的方向相交。


3.根据权利要求1所述的电控偏振控制器，其特征在于：所述金属元件包括铝元件，所述第一压电元件包括压电陶瓷。


4.一种电控偏振控制器模块，其特征在于，包括多个权利要求1至3任一项所述的电控偏振控制器，相邻两个所述电控偏振控制器中的第一压电元件的形变方向相交。


5.根据权利要求4所述的电控偏振控制器模块，其特征在于，所述电控偏振控制器模块包括三个所述电控偏振控制器，相邻两个所述电控偏振控制器中的第一压电元件的形变方向之间的夹角为45°。


6.基于电控偏振控制器的光梳控制系统，其特征在于，包括：
用于提供种子光的激光光源，所述激光光源包括如权利要求4或5任一项所述的电控偏振控制器模块、用于产生泵浦光的泵浦子单元、用于激励所述泵浦光的谐振腔以及用于分束的第一光分束器，所述泵浦子单元产生泵浦光，并将泵浦光输入至所述谐振腔，所述泵浦光在所述谐振腔受激励并辐射出种子光，所述电控偏振控制器模块控制所述种子光的偏振状态，所述种子光经过第一光分束器进行分束，并分别输入至放大装置和谐振腔；
用于将种子光的能量放大的放大装置，所述种子光经过所述放大装置进行放大后分别输入至自参考拍频检测装置以及光梳输出端；
用于检测并获取重复频率信号和载波包络相位信号的自参考拍频探测装置，包括光电探测器，所述光电探测器能够检测并获取种子光的重复频率信号和载波包络相位信号，将重复频率信号和载波包络相位信号输入至所述锁相装置；
用于锁定重复频率信号和载波包络相位信号的锁相装置。


7.根据权利要求6所述的基于电控偏振控制器的光梳控制系统，其特征在于，基于电控偏振控制器的光梳控制系统还包括用于拓展种子光频程的光谱展宽装置，所述光谱展宽装置设置于所述放大装置与所述自参考拍频探测装置之间，所述光谱展宽装置包括非线性光纤。


8.根据权利要求7所述的基于电控偏振控制器的光梳控制系统，其特征在于，所述非线性光纤的截面形状为椭圆形。


9.根据权利要求6所述的基于电控偏振控制器的光梳控制系统，其特征在于，所述激光光源还包括第一泵浦源、第一增益光纤、第一复用器和第一光隔离器；按照第一泵浦源提供的第一泵浦光传播方向：依次在谐振腔内设置第一复用器、第一增益光纤、所述电控偏振控制器模块、第一光分束器以及第一光隔离器；所述第一泵浦光经过所述第一增益光纤生成种子光，所述第一复用器用于耦合所述第一泵浦源提供的第一泵浦光以及第一光分束器分束至谐振腔内的种子光，所述第一光隔离器用于单向传输第一光分束器分束至谐振腔内的种子光。


10.根据权利要求6或者7所述的基于电控偏振控制器的光梳控制系统，其特征在于，所述放大装置包括双向光放大模块，所述双向光放大模块利用啁啾脉冲放大原理对种子光进行放大，所述双向光放大模块包括第二隔离器、第二光分束器、第二泵浦源、第二复用器，第二增益光纤、第三泵浦源、第三复用器和第三光分束器，所述激光光源输出的种子光输入至第二光隔离器，第二光隔离器的输出光输入至第二光分束器，第二光分束器将种子光分束至第二复用器及光梳监测端，第二泵浦源用于提供第二泵浦光，第二复用器将种子光和第二泵浦光进行耦合并输入至第二增益光纤，第三泵浦源用于提供第三泵浦光，第三复用器将种子光和第三泵浦光耦合并依次输入至第二增益光纤、第三光分束器，所述第三光分束器的输出光分别输入至自参考拍频检测装置以及光梳输出端。


11.根据权利要求6所述的基于电控偏振控制器的光梳控制系统，其特征在于，所述自参考拍频探测装置包括用于准直的第一透镜组、用于消除色差的第二透镜组、用于旋转偏振光的半波片、用于光学倍频的倍频晶体、用于聚焦的第三透镜组、用于宽带滤波的第四透镜组、用于窄带滤波的第五透镜组、用于聚焦的第六透镜组以及用于检测重复频率信号和载波包络相位信号的光电探测器，所述按照种子光的传输方向，依次在自参考拍频探测装置内设置：所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述半波片、所述倍频晶体、所述第三透镜组、所述第四透镜组、所述第五透镜组、所述第六透镜组以及所述光电探测器。


12.根据权利要求6所述的基于电控偏振控制器的光梳控制系统，其特征在于，所述锁相装置包括用于重复频率信号锁相的第一锁相模块，所述第一锁相模块包括第一带通滤波模块、第一放大模块、第一参考信号模块、第一低通滤波模块、第二放大模块、第一比例积分模块以及第三放大模块，所述谐振腔还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾和平，刘婷婷，沈旭玲，
申请(专利权)人：华东师范大学重庆研究院，华东师范大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50