超低噪声电光频率梳产生装置制造方法及图纸

提供一种超低噪声电光频率梳产生装置，包括：光学频率梳模块，用于产生光学频率梳；连续激光器模块，用于输出频率稳定的参考激光以及用于电光调制的连续激光；反馈模块，用于将所述光学频率梳锁定到所述参考激光，以及用于将所述连续激光锁定到所述光学频率梳；微波频率产生模块，用于接收所述光学频率梳，并将其转换为微波信号；以及电光调制模块，用于接收所述微波信号以对所述连续激光进行电光调制，从而产生电光频率梳。而产生电光频率梳。而产生电光频率梳。

【技术实现步骤摘要】
超低噪声电光频率梳产生装置


[0001]本专利技术涉及激光
，尤其是涉及一种超低噪声电光频率梳产生装置。

技术介绍

[0002]光学频率梳作为精密光谱学测量和频标测量的重要工具，其输出的稳定宽带频率梳齿和低相噪的特性使其在天文光谱仪校准、双光梳光谱学、光通讯、微波光子学等领域发挥重要作用。
[0003]近年来，由于光学频率梳技术的广泛应用，已经发展了多种方式来产生不同性能的光学频率梳。基于锁模技术产生的飞秒激光器是最传统最常见的光学频率梳。常见的基于锁模激光器的光学频率梳包括钛宝石光梳、全固态光梳、光纤光梳等。这类传统光学频率梳经过长期研究和发展，在技术方面非常成熟，其噪声和频率稳定度性能表现出色，已经广泛应用于各类研究。此外，在非线性光学的推动下，以传统光学频率梳为种子源已经将光学频率梳的光谱扩展到太赫兹、中红外、可见光和极紫外等波段。但是基于锁模激光器的传统光学频率梳仍然存在一些限制：重复频率通常限制在100MHz
‑
1GHz，对于天文光谱校准和微波光子学等应用来说重复频率太低，需要采用滤波放大等技术提高重复频率，导致激光器系统复杂，不便于集成。
[0004]另外一种产生频率梳的方法是利用微波信号驱动电光调制器，经过电光调制器的连续激光会产生频率边带。通过级联多个电光调制器或将电光调制器放入谐振腔等方法，可以产生一系列等频率间隔的频率边带，频率间隔等于电光调制器驱动信号的频率。以这种方式产生的频率梳被称为电光频率梳(A.Parriaux,K.Hammani,G.Millot,Electro
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optic frequency combs.Advances in Optics and Photonics 12,223
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287(2020))。电光频率梳的重复频率一般超过10GHz，直接输出的光谱比较窄，只有几个THz，但是经过非线性展宽，也可以得到倍频程超连续光谱(K.Beha et al.,Electronic synthesis of light.Optica 4,406
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411(2017))。相比于传统光学频率梳，电光频率梳的优点包括连续光频率和重复频率都可以调节，重复频率更高，结构相对简单等。由于这些显著的特点，电光频率梳在一些应用中彰显独特的优势。例如，由于其重复频率高，单个纵模的能量也高，其输出可以直接应用于天文光谱仪的矫正(A.J.Metcalf et al.,Stellar spectroscopy in the near
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infrared with a laser frequency comb.Optica 6,233
‑
239(2019))。此外，基于同一个连续激光器产生的两个重复频率不同的光学频率梳具有内在的相干性，是双光梳光谱学的理想光源(V.Duran,S.Tainta,V.Torres
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Company,Ultrafast electrooptic dual
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comb interferometry.Opt.Express 23,30557
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30569(2015))。除此之外，电光频率梳在宽带光通讯、任意波产生、光电信号处理等微波光子学领域具有不可替代的作用。
[0005]相比于基于锁模的传统光学频率梳，电光频率梳的缺点是噪声和频率稳定性一般较差。低噪声和高频率稳定性是光学频率梳最重要的特征，也是光学频率梳用于精密测量的重要基础。电光频率梳的噪声性能限制了它在精密测量领域的应用。和基于锁模的光学频率梳的噪声来源不同，电光频率梳的纵模“梳齿”的相位噪声和频率稳定性主要取决于连
续激光器和微波驱动源。如果连续激光器的频率没有被精确控制，电光频率梳的所有纵模会跟随中心频率一起抖动。其次，微波驱动的噪声会引入到一系列频率边带中，而且边带的噪声会随着远离中心频率而增加。因此，连续激光器和微波驱动信号是限制电光频率梳频率稳定度的主要原因。
[0006]目前，已经发展的先进电光频率梳的噪声抑制技术是首先获得倍频程的光谱，并通过f
‑
2f干涉仪探测载波包络相移信号f
ceo
，然后对f
ceo
进行稳定，从而实现对电光频率梳噪声的抑制(D.R.Carlson et al.,Ultrafast electro
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optic light with subcycle control.Science 361,1358
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1362(2018))。但是，由于电光频率梳重复频率高、光谱较窄、脉宽更宽，相比于锁模光学频率梳，其单脉冲能量更低，这使得产生倍频程的光谱非常困难。因此，这种方案也增加了装置的复杂程度。

技术实现思路

[0007]根据现有技术的上述问题，本专利技术提供一种超低噪声电光频率梳产生装置，包括：
[0008]光学频率梳模块，用于产生光学频率梳；
[0009]连续激光器模块，用于输出频率稳定的参考激光以及用于电光调制的连续激光；
[0010]反馈模块，用于将所述光学频率梳锁定到所述参考激光，以及用于将所述连续激光锁定到所述光学频率梳；
[0011]微波频率产生模块，用于接收所述光学频率梳，并将其转换为微波信号；以及
[0012]电光调制模块，用于接收所述微波信号以对所述连续激光进行电光调制，从而产生电光频率梳。
[0013]优选地，所述连续激光器模块包括超稳激光器，用于产生所述参考激光，以及连续激光器，用于产生所述连续激光。
[0014]优选地，所述连续激光器模块包括超稳激光器，用于产生所述参考激光以及所述连续激光。
[0015]优选地，所述超低噪声电光频率梳产生装置还包括：
[0016]第一光电探测器，用于探测所述光学频率梳和所述参考激光的拍频信号，并将其转换为第一电信号；以及
[0017]第二光电探测器，用于探测所述连续激光和所述光学频率梳的拍频信号，并将其转换为第二电信号。
[0018]优选地，所述反馈模块包括：
[0019]第一锁相环电路，用于基于所述第一电信号和预设的第一参考信号生成第一控制信号，以控制所述光学频率梳模块，使得所述光学频率梳锁定到所述参考激光；以及
[0020]第二锁相环电路，用于基于所述第二电信号和预设的第二参考信号生成第二控制信号，以控制所述连续激光器模块，使得所述连续激光锁定到所述光学频率梳。
[0021]优选地，所述微波频率产生模块包括高速光电探测器，用于接收所述光学频率梳，并将其转换为微波信号。
[0022]优选地，所述微波频率产生模块还包括脉冲重复频率倍频模块，其用于接收所述光学频率梳，并将其倍频后输出至所述高速光电探测器。
[0023]优选地，其中，所述电光调制模块包括滤波器，用于对所述微波信号进行滤波，以
得到所述光学频率梳的重复频率的某一阶次的谐波信号作为驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超低噪声电光频率梳产生装置，包括：光学频率梳模块，用于产生光学频率梳；连续激光器模块，用于输出频率稳定的参考激光以及用于电光调制的连续激光；反馈模块，用于将所述光学频率梳锁定到所述参考激光，以及用于将所述连续激光锁定到所述光学频率梳；微波频率产生模块，用于接收所述光学频率梳，并将其转换为微波信号；以及电光调制模块，用于接收所述微波信号以对所述连续激光进行电光调制，从而产生电光频率梳。2.根据权利要求1所述的超低噪声电光频率梳产生装置，其中，所述连续激光器模块包括超稳激光器，用于产生所述参考激光，以及连续激光器，用于产生所述连续激光。3.根据权利要求1所述的超低噪声电光频率梳产生装置，其中，所述连续激光器模块包括超稳激光器，用于产生所述参考激光以及所述连续激光。4.根据权利要求2或3所述的超低噪声电光频率梳产生装置，其中，所述超低噪声电光频率梳产生装置还包括：第一光电探测器，用于探测所述光学频率梳和所述参考激光的拍频信号，并将其转换为第一电信号；以及第二光电探测器，用于探测所述连续激光和所述光学频率梳的拍频信号，并将其转换为第二电信号。5.根据权利要求4所述的超低噪声电光频率梳产生装置，其中，所述反馈模块包括：第一锁相环电路，用于基于所述第一电信号和预设的第一参考信号生成第一控制信号，以控制所述光学频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩海年，邵晓东，马骏逸，魏志义，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：