一种光频梳的产生方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光频梳的产生方法及装置，具体的产生方法为：接收与非线性光学谐振腔的热稳态相匹配的泵浦光使其在非线性光学谐振腔内产生振荡，使泵浦光对应的布里渊增益与非线性光学谐振腔的目标纵模重合；在泵浦光的泵浦功率超过产生布里渊激光的阈值情况下，在目标纵模处持续产生布里渊激光；布里渊激光通过克尔非线性四波混频过程产生光频梳。本发明专利技术的技术方案，利用具有布里渊增益的非线性光学谐振腔可以在其热稳态区域产生一种光频梳，该光频梳不仅稳定性好而且具有低量子噪声和窄线宽特性。窄线宽特性。窄线宽特性。

【技术实现步骤摘要】
一种光频梳的产生方法及装置


[0001]本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种光频梳的产生方法及装置。

技术介绍

[0002]光学频率梳(Optical frequency comb，OFC)简称光频梳，是一种宽谱的高相干光源。光频梳在频域上表现为离散的、等间距频率排布的梳状光谱，其频率间隔通常与微波波段相匹配，因此它可以与更为成熟的微波频率计量学联系起来，从而将计量精度大幅度提高。
[0003]目前常见的光频梳多为克尔光频梳。泵浦激光在非线性光学谐振腔中，通过非线性光学谐振腔中的克尔非线性特性产生克尔光频梳。克尔光频梳具有多种形态，其中的光孤子态具有最低的噪声和最平滑的光谱，应用价值最高。再由于非线性光学谐振腔具有尺寸灵活、非线性系数大等特点，因此采用非线性光学谐振腔产生的光频梳频率间隔可以覆盖很宽的频率范围，能弥补传统的光频梳产生装置在高重频应用上的缺陷。
[0004]然而，目前的基于非线性光学谐振腔产生的光频梳虽然具有上述优点，但是其噪声水平由于直接受到泵浦源激光质量的影响，无法达到材料的量子噪声极限。特别是对于光孤子光频梳，由于该状态工作于谐振腔的非热稳态，因此还会受到谐振腔热效应的干扰而导致光孤子态被破坏。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种光频梳的产生方法及装置，以解决目前基于非线性光学谐振腔产生的光频梳噪声水平高、非热稳态不稳定的问题。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种光频梳的产生方法，包括：
[0007]接收与非线性光学谐振腔的热稳态相匹配的泵浦光使其在所述非线性光学谐振腔内产生振荡；
[0008]调整所述非线性光学谐振腔，使所述泵浦光对应的布里渊增益与所述非线性光学谐振腔中的目标纵模重合；
[0009]在所述泵浦光的泵浦功率超过产生布里渊激光的阈值情况下，在所述目标纵模处持续产生布里渊激光；
[0010]布里渊激光通过克尔非线性四波混频过程产生包括光孤子在内的光频梳。
[0011]结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，调整所述非线性光学谐振腔，使所述泵浦光对应的布里渊增益与所述非线性光学谐振腔中的目标纵模重合的步骤包括：
[0012]调整所述非线性光学谐振腔的腔长，以调整所述目标纵模的位置，使得所述目标纵模与所述布里渊增益重合。
[0013]结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，调整所述非线性光学谐振腔，使所述泵浦光对应的布里渊增益与所述非线性光学谐振腔中的目标纵模重合的步骤还包括：
[0014]改变所述非线性光学谐振腔所受的应力，以调整所述布里渊增益的位置，使得所
述布里渊增益与所述目标纵模重合；其中，可以通过扭转非线性光学谐振腔的腔体以调整应力，扭转角度最大可达180
°
。
[0015]结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，调整所述非线性光学谐振腔，使所述泵浦光对应的布里渊增益与所述非线性光学谐振腔中的目标纵模重合的步骤还包括：
[0016]改变所述非线性光学谐振腔的温度，以调整所述布里渊增益的位置，使得所述布里渊增益与所述目标纵模重合；其中，温度调节的范围为
‑
10℃～+90℃。
[0017]结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，调整所述泵浦光波长，也可以使所述泵浦光对应的布里渊增益与所述非线性光学谐振腔中的目标纵模重合；其中，所述泵浦光波长的调节范围为1540nm
‑
1565nm。
[0018]结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，产生的光频梳具有等频率间距排列的离散光谱，在非线性光学谐振腔的热稳态条件下产生，由布里渊激光通过克尔效应所激发。
[0019]结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，产生的光频梳单根梳齿的线宽小于泵浦光的线宽。
[0020]结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，产生的光频梳的噪声在无主动控制情况下可以达到非线性微腔对应的量子噪声极限。
[0021]第二方面，本专利技术还提供了一种光频梳的产生装置，包括：
[0022]泵浦源，用于向非线性光学谐振腔发射连续的泵浦光；以及，所述泵浦源可受控改变所述泵浦光的波长，使得所述泵浦光的波长与非线性光学谐振腔的热稳态相匹配，进而使所述泵浦光能在非线性光学谐振腔的热稳态中产生振荡并从所述非线性光学谐振腔中正常射出；
[0023]非线性光学谐振腔，用于将接收到的泵浦光对准所述非线性光学谐振腔中第一套纵模中的某个纵模；以及，所述非线性光学谐振腔可受控改变所述泵浦光对应的布里渊增益的位置或者改变所述非线性光学谐振腔中第二套纵模中目标纵模的位置，以使所述布里渊增益与所述目标纵模重合；并且，所述非线性光学谐振腔在所述泵浦光的泵浦功率超过产生布里渊激光阈值的情况下，在所述目标纵模处持续产生布里渊激光；其中，布里渊激光通过克尔非线性四波混频过程产生光频梳。
[0024]结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述非线性光学谐振腔同时具有布里渊非线性和克尔非线性。
[0025]结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述非线性光学谐振腔可以是行波谐振腔或者驻波谐振腔。
[0026]结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述非线性光学谐振腔中的纵模可以由非线性光学谐振腔的不同偏振模式或者不同阶次的横模引入。
[0027]由以上技术方案可知，本专利技术提供了一种光频梳的产生方法及装置，具体的产生方法为：接收与非线性光学谐振腔的热稳态相匹配的泵浦光使其在非线性光学谐振腔内产生振荡，使泵浦光对应的布里渊增益与非线性光学谐振腔的目标纵模重合；在泵浦光的泵浦功率超过产生布里渊激光的阈值情况下，在目标纵模处持续产生布里渊激光；布里渊激光通过克尔非线性四波混频过程产生光频梳。本专利技术的技术方案，利用具有布里渊增益的非线性光学谐振腔可以在其热稳态区域产生一种光频梳，该光频梳不仅稳定性好而且具有
低量子噪声和窄线宽特性。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施案例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术实施例提供的一种光频梳的产生装置的结构示意图；
[0030]图2为本专利技术实施例提供的一种非线性光学谐振腔中光线振荡的示意图；
[0031]图3为本专利技术实施例提供的另一种光频梳的产生装置的结构示意图；
[0032]图4(1)为本专利技术实施例提供的采用光纤FP腔产生的光频梳的光谱示意图；
[0033]图4(2)为本专利技术实施例提供的采用光纤FP腔时产生的光频梳的拍频信号示意图；
[0034]图5(1)为本专利技术实施例提供的采用光纤FP腔产生的光频梳单根梳齿的线宽示意图；
[0035]图5(2)为本专利技术实施例提供的采用光纤FP腔产生的光频梳的相位噪声示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光频梳的产生方法，其特征在于，包括：接收与非线性光学谐振腔的热稳态相匹配的泵浦光使其在所述非线性光学谐振腔内产生振荡；调整所述非线性光学谐振腔，使所述泵浦光对应的布里渊增益与所述非线性光学谐振腔中的目标纵模重合；在所述泵浦光的泵浦功率超过产生布里渊激光的阈值情况下，在所述目标纵模处持续产生布里渊激光；布里渊激光通过克尔非线性四波混频过程产生包括光孤子在内的光频梳。2.根据权利要求1所述的产生方法，其特征在于，调整所述非线性光学谐振腔，使所述泵浦光对应的布里渊增益与所述非线性光学谐振腔中的目标纵模重合的步骤包括：调整所述非线性光学谐振腔的腔长，以调整所述目标纵模的位置，使得所述目标纵模与所述布里渊增益重合。3.根据权利要求1所述的产生方法，其特征在于，调整所述非线性光学谐振腔，使所述泵浦光对应的布里渊增益与所述非线性光学谐振腔中的目标纵模重合的步骤还包括：改变所述非线性光学谐振腔所受的应力，以调整所述布里渊增益的位置，使得所述布里渊增益与所述目标纵模重合；其中，可以通过扭转非线性光学谐振腔的腔体以调整应力，扭转角度最大可达180
°
。4.根据权利要求1所述的产生方法，其特征在于，调整所述非线性光学谐振腔，使所述泵浦光对应的布里渊增益与所述非线性光学谐振腔中的目标纵模重合的步骤还包括：改变所述非线性光学谐振腔的温度，以调整所述布里渊增益的位置，使得所述布里渊增益与所述目标纵模重合；其中，温度调节的范围为
‑
10℃～+90℃。5.根据权利要求1所述的产生方法，其特征在于，调整所述泵浦光波长，也可以使所述泵浦光对应的布里渊增益与所述非线性光学谐振腔中的目标纵模重合；其中，所述泵浦光波长的调节范围为1540n...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢臻达，黄书伟，贾琨鹏，汪小涵，赵刚，祝世宁，
申请(专利权)人：科罗拉多州立大学董事会法人团体，
类型：发明
国别省市：