一种光学频率梳产生装置、应用系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了光学频率梳产生装置、应用系统及方法。本发明专利技术通过集成增益波导结构的空间复用锁模产生光学频率梳阵列，脉冲重复频率可以达到GHz量级，可以解决现有光学频率梳结构复杂，使用场景有限等技术问题，实现光学频率梳系统的集成度和功能性。梳系统的集成度和功能性。梳系统的集成度和功能性。

【技术实现步骤摘要】
一种光学频率梳产生装置、应用系统及方法


[0001]本专利技术涉及光学领域，尤其涉及一种光学频率梳产生装置、应用系统及方法。

技术介绍

[0002]作为射频与光波之间的桥梁，光学频率梳是精密测量领域的革命性技术，在超精细光谱，全球卫星定位，时频传递和高精度测距等方面均起重要作用。现有的光学频率梳主要基于锁模激光器和电光调制器。尽管电光调制产生的光学频率梳能够产生GHz以上的重频，但存在时域脉冲抖动和频域调制深度过大问题，需要外加额外电路单元来降噪，使系统实现起来十分复杂。锁模激光是目前实现大能量，高稳定光梳的主流方式。然而，商用光学频率梳的频率在百MHz级别，使用场景有限。拓展到其他波段则需要通过非线性变频，会增加系统复杂性。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种光学频率梳产生装置、应用系统及方法。
[0004]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]根据本申请的一个方面，提供了一种光学频率梳产生装置，包括：
[0006]增益波导模块，用于通过增益波导产生锁模激光输出；
[0007]泵浦及波分复用模块，用于对所述增益波导模块中的各增益波导进行泵浦，耦合输出所述增益波导模块中每路增益波导的频率梳信号；
[0008]脉冲调制及PZT驱动模块，用于对所述锁模激光输出进行脉冲调制，接收控制信号对所述增益波导的锁模脉冲重复频率进行控制；
[0009]脉冲重频及载波包络测试模块，用于探测并输出所述频率梳信号的脉冲重复频率信息及载波包络拍频信息；
[0010]射频信号发生模块，用于产生射频参考信号；
[0011]锁相电路模块，用于根据所述射频参考信号及所述脉冲重复频率信息产生所述脉冲调制及PZT驱动模块的控制信号；根据所述载波包络拍频信息及所述射频参考信号产生所述泵浦及波分复用模块的控制信号，同步控制所述增益波导模块的载波包络相位。
[0012]可选的，所述增益波导模块包括1～n路增益波导，形成增益波导阵列，所述n≥1；
[0013]所述增益波导的激活离子包括可覆盖波长从1μm到3微米的稀土离子，所述稀土离子包括Tm、Er离子、Yb离子以及其他过渡金属离子，包括Cr，Ti，Fe，Co；
[0014]根据输出波长确定所述激活离子及波导材料，根据所采用激活离子在波导材料中的吸收光谱确定的对应的泵浦源波长。
[0015]可选的，所述增益波导模块中各增益波导的第一端面设有增透泵浦光并部分反射增益介质激光的膜层，第二端面设有增透增益介质激光的膜层，所述增益介质激光在所述第一端面膜层与所述脉冲调制及PZT驱动模块组成的谐振腔中振荡，产生锁模激光输出阵列。
[0016]进一步的，所述脉冲重频及载波包络测试模块可包括：
[0017]分束子模块，用于将所述各增益波导中的一个波导耦合输出后的锁模激光进再次分束，获得至少两个分束信号；
[0018]探测子模块，用于对其中一个分束信号进行探测，获得脉冲重复频率信号，发送至所述锁相电路模块；
[0019]激光放大及载波包络探测子模块，用于根据另一个分束信号进行激光放大及载波包络相位偏移频率探测，获得拍频信号，并发送到所述锁相电路模块。
[0020]进一步的，所述脉冲调制及PZT驱动模块可包括：
[0021]锁模脉冲调制子模块，与所述增益波导模块的增益波导端面组成各增益波导的激光谐振腔；
[0022]PZT驱动子模块，用于接收所述锁相电路模块的控制信号，调节所述锁模脉冲调制子模块与增益波导模块的相对位置，控制各增益波导的腔长及对应的脉冲重复频率。
[0023]根据本申请的另一个方面，提供了一种光学频率梳应用系统，包括上面所述发生装置，其应用于测距系统、气体检测系统、光谱学测量系统、和量子操控系统等。
[0024]根据本申请的另一个方面，提供了一种光学频率梳产生方法，包括以下步骤：
[0025]根据固体激光增益介质产生增益波导阵列结构；
[0026]根据所述增益波导的端面与脉冲调制及PZT驱动模块形成的谐振腔，产生锁模脉冲激光频率梳阵列；
[0027]根据其中一路增益波导分束后的分束信号及射频参考信号获得调制锁模脉冲的控制信号，控制各增益波导的锁模脉冲重复频率；
[0028]根据其中一路增益波导分束后的另一分束信号生成载波包络拍频信号，根据所述载波包络拍频信号及射频参考信号产生各增益波导的载波包络相位的控制信号。
[0029]进一步的，所述根据其中一路增益波导分束后的分束信号及射频参考信号获得调制锁模脉冲控制信号，控制各增益波导的锁模脉冲重复频率可具体包括：
[0030]增益波导分束后的其中一分束信号进行探测，获得射频脉冲信号；
[0031]对所述射频脉冲信号及射频参考信号进行混频，获得误差信号；
[0032]根据所述误差信号生成锁模脉冲重复频率控制信号；
[0033]根据所述脉冲重复频率控制信号控制对应增益波导与脉冲调制及PZT驱动模块的相对位置，锁定对应各路增益波导的锁模脉冲重复频率。
[0034]可选的，所述根据其中一路增益波导分束后的另一分束信号生成载波包络拍频信号，根据所述载波包络拍频信号及射频参考信号产生各增益波导的载波包络相位的控制信号可具体包括：
[0035]对所述其中一路增益波导分束后的另一分束信号进行激光放大及载波包络偏移频率探测，获得2f
‑
f拍频信号；
[0036]对所述载波包络2f
‑
f拍频信号及射频参考信号进行混频，获得误差信号；
[0037]根据所述误差信号生成泵浦及波分复用模块中泵浦驱动电源的电流驱动控制信号，同步控制各路增益波导的载波包络相位偏移频率。
[0038]本方案提出的光学频率梳产生装置、应用系统及方法，具有如下一至多个有益效果：
[0039]1.采用集成增益波导结构的空间复用锁模产生光学频率梳阵列，本专利技术提出的技术方案可从紧凑的波导结构中同时产生多路锁模光学频率梳，脉冲重复频率可以达到GHz量级，拓展了现有光学频率梳的脉冲重复频率。
[0040]2.根据增益波导阵列所选择的增益介质类型，激光波长可覆盖到中红外2μm波段。
[0041]3.现有的光学频率梳只有一路光源，难以实现在一体化的集成器件中实现多路频率梳光源的同步空间复用输出，本专利技术可以通过波导阵列实现多路光源，实现多路光学频率梳，进一步实现光学频率梳系统的集成度和功能性。
[0042]现有技术中，早期的光学频率梳主要基于全固态激光器，特别是工作在800nm波段的钛宝石激光器，然而全固态锁模激光器的腔长在米级，而且需要多个腔镜进行反射，以及腔内的色散管理，使得系统地结构十分庞大，复杂。随着光纤激光技术的发展，尤其是保偏光纤技术，锁模激光谐振腔的绝大部分光学元件可以由相互熔接的全光纤器件组成，但受限于光纤的盘绕半径，整体结构的尺寸只能控制在十几到几十厘米的空间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学频率梳产生装置，其特征在于，包括：增益波导模块，用于通过增益波导产生锁模激光输出；泵浦及波分复用模块，用于对所述增益波导模块中的各增益波导进行泵浦，耦合输出所述增益波导模块中每路增益波导的频率梳信号；脉冲调制及PZT驱动模块，用于对所述锁模激光输出进行脉冲调制，接收控制信号对所述增益波导的锁模脉冲重复频率进行控制；脉冲重频及载波包络测试模块，用于探测并输出所述频率梳信号的脉冲重复频率信息及载波包络拍频信息；射频信号发生模块，用于产生射频参考信号；锁相电路模块，用于根据所述射频参考信号及所述脉冲重复频率信息产生所述脉冲调制及PZT驱动模块的控制信号；根据所述载波包络拍频信息及所述射频参考信号产生所述泵浦及波分复用模块的控制信号，同步控制所述增益波导模块的载波包络相位。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述增益波导模块包括1～n路增益波导，形成增益波导阵列，所述n≥1；所述增益波导的激活离子包括可覆盖波长从1微米到3微米的稀土离子，所述稀土离子包括Tm、Er离子、Yb离子以及其他过渡金属离子，包括Cr，Ti，Fe，Co；根据输出波长确定所述激活离子及波导材料，根据所采用激活离子在波导材料中的吸收光谱确定对应的泵浦源波长。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述增益波导模块中各增益波导的第一端面设有增透泵浦光并部分反射增益介质激光的膜层，第二端面设有增透增益介质激光的膜层，所述增益介质激光在所述第一端面膜层与所述脉冲调制及PZT驱动模块组成的谐振腔中振荡，产生锁模激光输出阵列。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脉冲重频及载波包络测试模块包括：分束子模块，用于将所述各增益波导中的一个波导耦合输出后的锁模激光进再次分束，获得至少两个分束信号；探测子模块，用于对其中一个分束信号进行探测，获得脉冲重复频率信号，发送至所述锁相电路模块；激光放大及载波包络探测子模块，用于根据另一个分束信号进行激光放大及载波包络相位偏移频率探测，获得拍频信号，并发送到所述锁相电路模块。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的装置，其特征在于，所述脉冲调制及PZT驱动模块包括：锁模脉冲调制子模块，与所述增益波导模块的增益波导端面组成各增益波导的激光谐振腔；PZT驱动子模块，用于接收所述锁相电路模块的控制信号，调节所述锁模脉冲调制子模块与增益波导模块的相对位置，控制各增益波导的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海洲，林文雄，刘华刚，陈怀熹，史斐，翁文，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：