一种光谱仪定标谱线发生器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种光谱仪定标谱线发生器。本实用新型专利技术采用高重复频率飞秒光纤激光器，输出功率高脉冲短，直接产生在光子晶体光纤中产生超连续光谱，简化了系统；并省去了产生倍频程光谱所需要的另一套装置，进一步简化了系统；通过超稳腔滤波后的边模抑制比高，噪声低，有利于在光谱仪中分辨；更由于同时将不同光谱波段的光通过不同消光谱区间的超稳腔滤波和频率间隔倍增，可同时获得不同波段的不同频率间隔的定标光谱，使得光谱在整个光谱仪探测区间都能清晰分辨，并拥有足够数量的定标谱线；采用光谱平坦化反射镜，去掉了通常的光栅加空间调制器的装置，反射镜消除过高的光谱分量，节省了空间和成本，也提高了系统的稳定性和可操作性。

A spectrometer calibration line generator

【技术实现步骤摘要】
一种光谱仪定标谱线发生器
本技术涉及锁模光纤激光器及光谱定标技术，具体涉及一种光谱仪定标谱线发生器。
技术介绍
飞秒激光频率梳在光谱学领域的应用逐渐扩大，可分辨的频率梳齿(定标谱线)在光谱仪中的定标功能正在被发掘。例如在天文光谱学中，常规的钍氩灯或碘吸收盒方式定标技术，受限于定标谱线的强度和间隔的不均匀性，不能提供视向速度1m/s以下的分辨率；另一方面，飞秒激光频率梳定标仪，因其等频率间隔(梳齿间隔)、均匀分布的谱线而被认为是新一代定标光源。然而应用于天文光谱仪的飞秒光频率梳定标系统，虽然已经有商品出售，却没有很好解决实用化中的定标谱线间隔均一、短波长光谱分量中的定标谱线难以分辨、光谱覆盖范围小、系统复杂操作难度大及长期稳定性差等问题。发表在2007年的技术论文标题是“High-precisionwavelengthcalibrationofastronomicalspectrographswithlaserfrequencycombs”(M.T.Murphy,T.Udem,R.Holzwarth,etal.Mon.Not.R.Astron.Soc.380,839–847(2007))。论文提出了一种将普通的激光频率梳通过主动法布里-珀罗腔滤波到光谱仪可以分辨的梳齿间隔方案。这篇论文提出的方法，是先经过三级滤波-放大、再扩谱。其中滤波腔为主动稳定，并用单频连续激光作为稳定源。存在梳齿间隔扩充不足、光谱范围过窄、系统操作复杂、长期稳定性差等致命问题。发表在2007年的技术论文标题是“Alaserfrequencycombthatenablesradialvelocitymeasurementswithaprecisionof1cms(-1)”(C.-H.Li,A.J.Benedick,P.Fendel,A.G.Glenday,F.X.D.F.Phillips,D.Sasselov,A.Szentgyorgyi,andR.L.Walsworth,Nature452,610–612(2008))。论文提出了一种将钛宝石激光频率梳通过主动法布里-珀罗腔滤波到光谱仪可以分辨的梳齿间隔方案。这篇论文提出的方法，是先用光子晶体光纤扩谱，然后用法布里珀罗腔滤波，其中滤波腔为宽带、主动稳定，并用单频连续激光作为稳定源。主要缺点是高重复频率飞秒钛宝石激光器输出功率有限，钛宝石放大器效率低，光谱很难继续扩展。发表在2007年的技术论文标题是“Demonstrationofon-skycalibrationofastronomicalspectrausinga25GHznear-IRlaserfrequencycomb,”(G.G.Ycas,F.Quinlan,S.A.Diddams,etal.Opt.Express20,6631–6643(2012))。这篇论文提出了一种将250MHz重复频率掺铒光纤激光频率梳通过主动法布里-珀罗腔滤波到25GHz的方案。提出的方法，和文献1提出的方法类似，先将掺铒光纤激光频率梳用主动稳定的腔滤波-放大两级循环，再用高非线性光纤扩谱。以上文献都基于光频梳基础上的放大和滤波。
技术实现思路
为了解决如何给较低分辨率(R<40000)的光谱仪提供宽带、可分辨的多段定标谱线，及如何确保其长期稳定工作的问题，本技术提出了一种光谱仪定标谱线发生器；本技术的装置能产生覆盖可见光到近红外区域的多种频率间隔的定标谱线，并能长期稳定工作。本技术的光谱仪定标谱线发生器包括：高重复频率飞秒光纤激光器、第一和第二光纤耦合器、扩谱非线性光纤、频偏锁定装置、第一至第N双色分光片、第一至第N隔离器、第一至第N超稳法布里-珀罗腔、真空腔以及第一至第N反射镜；其中，高重复频率飞秒光纤激光器发出功率高重复频率的激光脉冲，重复频率在1GHz以上；高重复频率的激光脉冲直接经第一光纤耦合器进入扩谱非线性光纤；扩谱非线性光纤将激光脉冲的光谱扩谱，使得光谱变宽；扩谱后的激光脉冲相继经过从短至长波长波段的第一至第N双色分光片，或者由长至短波长波段的第一至第N双色分光片，将不同波段的光反射经相应的第一至第N隔离器至第一至第N超稳法布里-珀罗腔；第一至第N隔离器至第一至第N超稳法布里-珀罗腔位于真空腔中；第一至第N超稳法布里-珀罗腔根据光谱仪分辨率设置不同的腔长，将激光脉冲光谱中的频率间隔进行不同倍增；满足超稳法布里-珀罗腔的谐振频率的光谱分量透射；不满足超稳法布里-珀罗腔的谐振频率的光谱分量被反射，经相应的隔离器后，偏振方向旋转90°，从隔离器中反射输出；经过第一至第N超稳法布里-珀罗腔后，不需要的光谱分量被去掉，实现了定标谱线频率间隔的倍增；波长越短的超稳法布里-珀罗腔的谐振频率间隔越大，透射光的频率间隔的倍增越大；从第一至第N超稳腔透射后的激光脉冲分别至第一至第N反射镜反射整形合束后入射至光谱仪，产生光谱仪定标谱线，N为≥2的整数。为了分离出不同的光谱分量，给予不同的频率间隔倍增，扩谱后的激光脉冲相继经过从短至长波长波段的第一至第N双色分光片，或者由长至短波长波段的第一至第N双色分光片；将不同波段的光反射经相应的第一至第N隔离器至第一至第N超稳法布里-珀罗腔；第一至第N超稳法布里-珀罗腔根据光谱仪分辨率设置不同的腔长，从而实现不同的消光谱区间即谐振频率间隔，将激光脉冲光谱中的频率间隔进行不同倍增，以适应光谱仪中不同波长的分辨率；不满足超稳法布里-珀罗腔的谐振频率的光谱分量被反射，经相应的隔离器后，偏振方向旋转90°，从隔离器中反射输出；选择被不同超稳法布里-珀罗腔反射光中的基频和跨倍频程的光谱成分，输送至频偏锁定装置，作为频偏锁定装置的基频和倍频信号；经过第一至第N超稳法布里-珀罗腔后，不需要的光谱分量被去掉，实现了定标谱线频率间隔的倍增；波长越短的超稳法布里-珀罗腔的谐振频率间隔越大，透射光的频率间隔的倍增越大，从而实现既能保证长波长光谱分量中梳齿的个数，又能满足对短波长光谱分量梳齿的可分辨。对于N＝2且第一和第二双色分光片采用对长波长光谱分量反射对短波长光谱分量透射的情况，本技术的光谱仪定标谱线发生器包括：高重复频率飞秒光纤激光器、第一和第二光纤耦合器、扩谱非线性光纤、频偏锁定装置、第一和第二双色分光片、第一和第二隔离器、第一和第二超稳法布里-珀罗腔、真空腔以及第一和第二反射镜；其中，高重复频率飞秒光纤激光器发出功率高重复频率的激光脉冲，重复频率在1GHz以上；高重复频率的激光脉冲直接经第一光纤耦合器进入扩谱非线性光纤；扩谱非线性光纤将激光脉冲的光谱向短波长扩谱，使得光谱变宽；扩谱后的激光脉冲经第二光纤耦合器传输至第一双色分光片，长波长光谱分由第一双色分光片反射至频偏锁定装置，短波长光谱分量由第一双色分光片透射至第二双色分光片；第二双色分光片将这部分激光脉冲中的长波长光谱分量反射经第一隔离器至第一超稳法布里-珀罗腔，并将这部分激光脉冲中的短波长光谱分量透射经第二隔离器至第二超稳法布里-珀罗腔；至第一隔离器的长波长光谱分量中满足第一超稳法布里-珀罗腔的谐振频率的光谱分量透射出第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱仪定标谱线发生器，其特征在于，所述光谱仪定标谱线发生器包括：高重复频率飞秒光纤激光器、第一和第二光纤耦合器、扩谱非线性光纤、频偏锁定装置、第一至第N双色分光片、第一至第N隔离器、第一至第N超稳法布里-珀罗腔、真空腔以及第一至第N反射镜；其中，所述高重复频率飞秒光纤激光器发出功率高重复频率的激光脉冲，重复频率在1GHz以上；所述高重复频率的激光脉冲直接经第一光纤耦合器进入扩谱非线性光纤；扩谱非线性光纤将激光脉冲的光谱扩谱，使得光谱变宽；扩谱后的激光脉冲相继经过从短至长波长波段的第一至第N双色分光片，或者由长至短波长波段的第一至第N双色分光片，将不同波段的光反射经相应的第一至第N隔离器至第一至第N超稳法布里-珀罗腔；第一至第N隔离器至第一至第N超稳法布里-珀罗腔位于真空腔中；第一至第N超稳法布里-珀罗腔根据光谱仪分辨率设置不同的腔长，将激光脉冲光谱中的频率间隔进行不同倍增；满足超稳法布里-珀罗腔的谐振频率的光谱分量透射；不满足超稳法布里-珀罗腔的谐振频率的光谱分量被反射，经相应的隔离器后，偏振方向旋转90°，从隔离器中反射输出；经过第一至第N超稳法布里-珀罗腔后，不需要的光谱分量被去掉，实现了定标谱线频率间隔的倍增；波长越短的超稳法布里-珀罗腔的谐振频率间隔越大，透射光的频率间隔的倍增越大；从第一至第N超稳腔透射后的激光脉冲分别至第一至第N反射镜反射整形合束后入射至光谱仪，产生光谱仪定标谱线，N为≥2的整数。/n...

【技术特征摘要】
1.一种光谱仪定标谱线发生器，其特征在于，所述光谱仪定标谱线发生器包括：高重复频率飞秒光纤激光器、第一和第二光纤耦合器、扩谱非线性光纤、频偏锁定装置、第一至第N双色分光片、第一至第N隔离器、第一至第N超稳法布里-珀罗腔、真空腔以及第一至第N反射镜；其中，所述高重复频率飞秒光纤激光器发出功率高重复频率的激光脉冲，重复频率在1GHz以上；所述高重复频率的激光脉冲直接经第一光纤耦合器进入扩谱非线性光纤；扩谱非线性光纤将激光脉冲的光谱扩谱，使得光谱变宽；扩谱后的激光脉冲相继经过从短至长波长波段的第一至第N双色分光片，或者由长至短波长波段的第一至第N双色分光片，将不同波段的光反射经相应的第一至第N隔离器至第一至第N超稳法布里-珀罗腔；第一至第N隔离器至第一至第N超稳法布里-珀罗腔位于真空腔中；第一至第N超稳法布里-珀罗腔根据光谱仪分辨率设置不同的腔长，将激光脉冲光谱中的频率间隔进行不同倍增；满足超稳法布里-珀罗腔的谐振频率的光谱分量透射；不满足超稳法布里-珀罗腔的谐振频率的光谱分量被反射，经相应的隔离器后，偏振方向旋转90°，从隔离器中反射输出；经过第一至第N超稳法布里-珀罗腔后，不需要的光谱分量被去掉，实现了定标谱线频率间隔的倍增；波长越短的超稳法布里-珀罗腔的谐振频率间隔越大，透射光的频率间隔的倍增越大；从第一至第N超稳腔透射后的激光脉冲分别至第一至第N反射镜反射整形合束后入射至光谱仪，产生光谱仪定标谱线，N为≥2的整数。


2.如权利要求1所述的光谱仪定标谱线发生器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志刚，马宇轩，孟飞，杨若傲，韩伟，王爱民，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：新型
国别省市：北京;11