基于微腔孤子光频梳的重频调谐系统及稳频方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于微腔孤子光频梳的重频调谐系统和稳频方法，该系统包括：泵浦激光产生模块，适用于提供连续的泵浦激光；泵浦激光反馈模块，适用于实时监测泵浦激光，以实现在产生微腔孤子光频梳后，向泵浦激光产生模块传输第一误差信号来锁定泵浦激光的频率；回音壁模式微腔，适用于提供基于由泵浦激光产生模块产生的泵浦激光产生微腔孤子光频梳的反应空间；辅助激光产生模块，适用于提供抑制回音壁模式微腔中热效应产生的辅助激光，并传输至回音壁模式微腔，以实现辅助微腔孤子光频梳的产生并调节回音壁模式微腔内的局域色散；辅助激光反馈模块，适用于实时监测重复频率，并向辅助激光产生模块传输第二误差信号，以实现调谐和锁定重复频率。谐和锁定重复频率。谐和锁定重复频率。

【技术实现步骤摘要】
基于微腔孤子光频梳的重频调谐系统及稳频方法


[0001]本专利技术涉及微腔光学频率梳和稳频
，具体涉及一种基于微腔孤子光频梳的重频调谐系统及稳频方法。

技术介绍

[0002]光学频率梳在频域上是由许多单频模式的相干梳状结构组成，在时域上表现为一系列间隔相等的飞秒脉冲。光学频率梳能够实现其频率覆盖范围内所有波长的直接锁定，并且可以溯源至微波频率基准，因此建立光波频率和微波频率之间的直接联系在建立全球时间基准、精密光谱测量、相干通讯、频率合成等领域发挥了重要的作用。
[0003]然而，传统的光学频率梳如锁模激光光频梳，电光光频梳等，体积和功耗往往都相当大，因此在很多实验室外应用场景都受到了很大的限制，只能在实验室中应用。近年来，基于微腔内级联非线性作用产生的微腔孤子光频梳成为了降低光频梳系统体积和功耗的新的解决方案。该技术平台能够满足未来技术小型化的要求。
[0004]对于微腔孤子光频梳的诸多应用，一个关键的科学问题是如何实现重复频率的精确调节。目前通常通过热光效应，即通过改变施加在微腔上的温度，进而改变微腔的折射率和尺寸，从而改变微腔的自由光谱范围来实现对于重复频率的调节。但是在重复频率变化的同时，温度改变也会引起微腔光学模式的频率的变化，从而需要对泵浦激光的频率进行调节以维持微腔孤子光频梳的状态。这一限制使微腔孤子光频梳的重复频率无法进行独立精确调节，阻碍了微腔孤子光频梳的进一步应用。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本申请提供了一种基于微腔孤子光频梳的重频调谐系统，包括：
[0006]泵浦激光产生模块，适用于提供连续的泵浦激光；
[0007]泵浦激光反馈模块，适用于实时监测上述泵浦激光，以实现在产生微腔孤子光频梳后，向上述泵浦激光产生模块传输第一误差信号来锁定上述泵浦激光的频率；
[0008]回音壁模式微腔，具有三阶非线性、反常色散和产生级联四波混频功能，适用于提供基于由泵浦激光产生模块产生的泵浦激光产生上述微腔孤子光频梳的反应空间；
[0009]辅助激光产生模块，适用于提供抑制上述回音壁模式微腔中热效应产生的辅助激光，并传输至回音壁模式微腔，以实现辅助上述微腔孤子光频梳的产生以及调节上述回音壁模式微腔的局域色散；
[0010]辅助激光反馈模块，适用于实时监测重复频率，并向上述辅助激光产生模块传输第二误差信号，以实现调谐和锁定重复频率，其中，上述重复频率表征回音壁模式微腔中基于上述泵浦激光产生的上述微腔孤子微腔光频梳的相邻两个梳齿之间的频率间隔。
[0011]根据本专利技术的实施例，上述泵浦激光产生模块包括：泵浦激光器，适用于产生连续的上述泵浦激光；光纤分束器，上述光纤分束器的输入端连接上述泵浦激光器的输出端，适用于将上述泵浦激光进行分束；上述泵浦激光反馈模块，包括：光学参考腔，光学参考腔的
输入端连接上述光纤分束器的第一输出端口，适用于提供稳定的光学频率参考；第一光电探测器，适用于将经过光学参考腔的光学信号转换为电学信号；第一反馈回路，上述第一反馈回路的输入端连接上述第一光电探测器的输出端，上述第一反馈回路的输出端连接上述泵浦激光器的输入端；适用于产生上述第一误差信号，并将上述第一误差信号加载到上述泵浦激光器的调制端口，以实现锁定上述泵浦激光的频率；其中，上述光纤分束器的第二输出端口连接上述回音壁模式微腔的第一端口。
[0012]根据本专利技术的实施例，上述辅助激光产生模块包括：辅助激光器，适用于提供抑制上述回音壁模式微腔中热效应产生的辅助激光；光纤环形器，适用于保证上述辅助激光在三个端口间单向传输，其中，上述光纤环形器的第一端口连接上述辅助激光器的输出端；上述辅助激光反馈模块，包括：第二光电探测器，上述光纤环形器的第三端口连接上述第二光电探测器的输入端，适用于将经过上述光纤环形器的光学信号转换为电学信号；第二反馈回路，上述第二反馈回路的输入端连接上述第二光电探测器的输出端，上述第二反馈回路的输出端连接上述辅助激光器的输入端，适用于产生上述第二误差信号，并将上述第二误差信号加载到上述辅助激光器的调制端口，以实现上述重复频率的调谐与锁定；其中，上述光纤环形器的第二端口连接上述回音壁模式微腔的第二端口。
[0013]根据本专利技术的实施例，上述泵浦激光器为可调谐激光器，包括：可调谐激光器以及片上半导体光源中的一种；上述辅助激光器为可调谐激光器，包括：可调谐激光器以及片上半导体光源中的一种；上述光学参考腔，包括法布里
‑
珀罗光学参考腔以及片上光学参考腔中的一种。
[0014]根据本专利技术的实施例，上述回音壁模式微腔适用于基于上述泵浦激光和上述辅助激光激发两个不同的模式族。
[0015]根据本专利技术的实施例，上述第一光电探测器与上述第二光电探测器的结构相同；上述第一反馈回路与上述第二反馈回路的结构相同。
[0016]本专利技术的另一方面提供一种微腔孤子光频梳的稳频方法，应用于上述任一项所述的微腔孤子光频梳的重频调谐系统，上述方法包括：
[0017]利用泵浦激光产生模块提供连续的泵浦激光并传输至回音壁模式微腔，以实现在上述回音壁模式微腔内产生孤子光频梳；
[0018]利用泵浦激光反馈模块实时监测上述泵浦激光，以实现在产生上述微腔孤子光频梳后，向上述泵浦激光产生模块传输上述第一误差信号来锁定上述泵浦激光的频率；
[0019]利用辅助激光产生模块提供抑制上述回音壁模式微腔中热效应产生的辅助激光，并传输至回音壁模式微腔，以实现辅助上述微腔孤子光频梳的产生以及调节上述回音壁模式微腔内的局域色散；
[0020]利用辅助激光反馈模块实时监测重复频率，并向上述辅助激光产生模块传输上述第二误差信号，以实现重复频率的调谐与锁定。
[0021]根据本专利技术的实施例，在上述泵浦激光到达上述回音壁模式微腔后，激发第一模式族；在上述辅助激光到达上述回音壁模式微腔后，激发第二模式族；其中，上述第一模式族与上述第二模式族不同。
[0022]根据本专利技术的实施例，上述第一模式族具有多个不同频率的模式，每一个上述模式对应一个上述微腔孤子光频梳的梳齿，相邻两个上述微腔孤子光频梳的梳齿之间的频率
间隔称为重复频率。
[0023]根据本专利技术的实施例，在泵浦模式下，泵浦激光频率被锁定，上述重复频率由上述辅助激光频率决定。
[0024]根据本专利技术的实施例，通过引入辅助激光产生模块以及辅助激光反馈模块，利用辅助激光调节回音壁模式微腔内的局域色散，实现了重复频率和泵浦激光的解耦，从而实现了对于重复频率的独立，精确调节。
[0025]根据本专利技术的实施例，通过引入辅助激光产生模块以及辅助激光反馈模块，利用辅助激光精确调谐重复频率，可以实现微腔孤子光频梳的重复频率和泵浦激光频率分别被锁定，进一步使得微腔孤子光频梳的梳齿频率被锁定，从而实现稳定微腔孤子光频梳的梳齿频率。该锁定方法操作简便，可以应用于所有微腔孤子光频梳平台上。
附图说明
[0026]通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微腔孤子光频梳的重频调谐系统，包括：泵浦激光产生模块(1)，适用于提供连续的泵浦激光；泵浦激光反馈模块(2)，适用于实时监测所述泵浦激光，以实现在产生微腔孤子光频梳后，向所述泵浦激光产生模块(1)传输第一误差信号来锁定所述泵浦激光的频率；回音壁模式微腔(3)，具有三阶非线性、反常色散和产生级联四波混频功能，适用于提供基于由泵浦激光产生模块(1)产生的泵浦激光产生所述微腔孤子光频梳的反应空间；辅助激光产生模块(4)，适用于提供抑制所述回音壁模式微腔(3)中热效应产生的辅助激光，并传输至回音壁模式微腔(3)，以实现辅助所述微腔孤子光频梳的产生以及调节所述回音壁模式微腔(3)内的局域色散；辅助激光反馈模块(5)，适用于实时监测重复频率，并向所述辅助激光产生模块(4)传输第二误差信号，以实现调谐和锁定重复频率，其中，所述重复频率表征回音壁模式微腔(3)中基于所述泵浦激光产生的所述微腔孤子光频梳的相邻两个模式之间的频率间隔。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述泵浦激光产生模块(1)包括：泵浦激光器(11)，适用于产生连续的所述泵浦激光；光纤分束器(12)，所述光纤分束器(12)的输入端连接所述泵浦激光器(11)的输出端，适用于将所述泵浦激光进行分束；所述泵浦激光反馈模块(2)，包括：光学参考腔(21)，光学参考腔(21)的输入端连接所述光纤分束器(12)的第一输出端口，适用于提供稳定的光学频率参考；第一光电探测器(22)，适用于将经过光学参考腔(21)的光学信号转换为电学信号；第一反馈回路(23)，所述第一反馈回路(23)的输入端连接所述第一光电探测器(22)的输出端，所述第一反馈回路(23)的输出端连接所述泵浦激光器(11)的输入端；适用于产生所述第一误差信号，并将所述第一误差信号加载到所述泵浦激光器(11)的调制端口，以实现锁定所述泵浦激光的频率；其中，所述光纤分束器(12)的第二输出端口连接所述回音壁模式微腔(3)的第一端口。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述辅助激光产生模块(4)包括：辅助激光器(41)，适用于提供抑制所述回音壁模式微腔中热效应产生的辅助激光；光纤环形器(42)，适用于保证所述辅助激光在三个端口间单向传输，其中，所述光纤环形器(42)的第一端口连接所述辅助激光器(41)的输出端；所述辅助激光反馈模块(5)，包括：第二光电探测器(51)，所述光纤环形器(42)的第三端口连接所述第二光电探测器(51)的输入端，适用于将经过所述光纤环形器(42)的光学信号转换为电学信号；第二反馈回路(52)，所述第二反馈回...

【专利技术属性】
技术研发人员：董春华，牛睿，邹长铃，李明，万帅，郭光灿，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：