一种基于超稳激光源频率参考的光梳系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于超稳激光源频率参考的光梳系统及控制方法，系统包括：顺次光耦合连接的锁模光纤激光器、光功率放大器、脉宽压缩器、光谱展宽器以及第一光纤耦合器，第一光纤耦合器的输出端连接的第一光纤回路、第二光纤回路上分别顺次连接有光纤耦合器、高频光电探测器、锁频控制组件，第一光纤回路与第二光纤回路的光纤耦合器的输入端还分别连接有第一超稳激光源、第二超稳激光源；第一超稳激光源与第二超稳激光源的光频率不同，且分别作为频率基准与各自对应的光纤回路中的光学频率梳的一个梳齿进行拍频，并将拍频频率锁定在频率基准上。发明专利技术无需检测载波包络偏差频率f

【技术实现步骤摘要】
一种基于超稳激光源频率参考的光梳系统及控制方法


[0001]本专利技术属于激光
，尤其涉及一种基于超稳激光源频率参考的光梳系统及控制方法。

技术介绍

[0002]光学频率梳（Optical Frequency Comb，OFC）简称光梳，是继超短脉冲激光问世之后激光
的又一重大突破。原理上，光学频率梳在频域（Frequency Domain）上表现为具有相等频率间隔的光学频率序列，在时域（Time Domain）上表现为具有飞秒量级时间宽度的电磁场振荡包络，其光学频率序列的频谱宽度与电磁场振荡慢变包络的时间宽度满足傅里叶变换关系。光学频率梳相当于一个光学频率综合发生器，是迄今为止最有效的进行绝对光学频率测量的工具，可将铯原子微波频标与光频标准确而简单的联系起来，为发展高分辨率、高精度、高准确性的频率标准提供了载体，也为精密光谱、天文物理、量子操控等科学研究方向提供了较为理想的研究工具，逐渐被人们运用于光学频率精密测量、原子离子跃迁能级的测量、远程信号时钟同步与卫星导航等领域中。
[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和皮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。
[0004]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：由于锁模激光器需要同时锁定重复频率f
rep
和偏差频率f
ceo
，其中，重复频率f
rep
很容易由快速光电二极管等进行测量，而偏差频率f
ceo
的测量则明显困难得多，其需要通过f
‑
2f技术实现：激光器产生的飞秒脉冲经过光学放大后进入高度非线性光纤（Highly Non
‑
linear Fiber，HNLF）实现倍频程的扩谱，然后将该光谱中的长波长成分经过非线性晶体实现倍频，得到短波长的倍频光，再与原倍频程光谱中对应的短波成分进行拍频，由此得到载波相位频率信号，即偏差频率信号。
[0005]如现有技术专利文献：JP7116067B2（具有载波包络偏移频率检测的光频梳发生器），该专利方案技术实施难度较大，装置结构较复杂。
[0006]因此，本领域迫切需要提供一种结构简单、操作难度低的光学频率梳系统及控制方法的技术方案。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的采用锁模激光器将重复频率f
rep
和偏差频率f
ceo
同时锁定得到光学频率梳的技术方案所导致的实施难度较大，操作便捷性不佳，装置结构较复杂的技术问题，现提供一种基于超稳激光源频率参考的光梳系统及控制方法，旨在解决上述至少一
个技术问题。
[0008]在本专利技术的较佳实施方式中，本申请实施例提供了一种基于超稳激光源频率参考的光梳系统，所述光梳系统包括：顺次光耦合连接的锁模光纤激光器、光功率放大器、脉宽压缩器、光谱展宽器以及第一光纤耦合器，所述第一光纤耦合器的输出端连接有第一光纤回路和第二光纤回路；所述第一光纤回路上顺次连接有第二光纤耦合器、第一高频光电探测器、第一锁频控制组件，所述第二光纤耦合器的输入端还连接有第一超稳激光源；所述第二光纤回路上顺次连接有第三光纤耦合器、第二高频光电探测器、第二锁频控制组件，所述第三光纤耦合器的输入端还连接有第二超稳激光源；所述第一超稳激光源与所述第二超稳激光源的光频率不同，且分别作为频率基准与各自对应的光纤回路中的光学频率梳的一个梳齿进行拍频，并将拍频频率锁定在所述频率基准上。
[0009]进一步，所述第一锁频控制组件包括顺次连接的第一分配器、第一鉴频鉴相单元、第一电信号馈送单元、第一驱动单元，所述第二锁频控制组件包括第二分配器、第二鉴频鉴相单元、第二电信号馈送单元、第二驱动单元。
[0010]进一步，所述锁模光纤激光器提供一锁模飞秒激光脉冲序列；所述光功率放大器光耦合至所述锁模光纤激光器，并被配置为放大所述锁模飞秒激光脉冲序列的脉冲峰均功率比；所述脉宽压缩器光耦合至所述光功率放大器，并被配置为在时间上压缩经所述光功率放大器放大的所述锁模飞秒激光脉冲序列；所述光谱展宽器光耦合至所述脉宽压缩器，并被配置为展宽经所述脉宽压缩器压缩的锁模飞秒激光脉冲序列的脉冲持续时间，所述光谱展宽器将光谱展宽超过一个倍频程。
[0011]进一步，所述锁模光纤激光器的谐振腔结构为环形谐振腔、线性谐振腔、复合谐振腔中的任一种，所述锁模光纤激光器包括泵浦源、波分复用器、掺杂光纤、可饱和吸收体、锁频组件，所述锁频组件包括慢速的压电陶瓷和快速的电光相位调制器。
[0012]进一步，所述第一驱动单元、所述第二驱动单元能够对所述泵浦源、慢速的压电陶瓷以及快速的电光相位调制器进行电控制信号反馈。
[0013]进一步，所述第二光纤耦合器的输出端连接所述第一高频光电探测器，将光拍频信号转化为电信号，所述电信号经第一分配器分为两路，一路传输至第一鉴频鉴相单元，并将第一鉴频鉴相单元产生的电控制信号输送至第一电信号馈送单元和第一驱动单元，所述第一驱动单元通过所述电控制信号控制所述泵浦源、慢速的压电陶瓷以及快速的电光相位调制器，实现将拍频频率锁定在所述第一超稳激光源的频率基准上。
[0014]进一步，所述第三光纤耦合器的输出端连接所述第二高频光电探测器，将光拍频信号转化为电信号，所述电信号经第二分配器分为两路，一路传输至第二鉴频鉴相单元，并将第二鉴频鉴相单元产生的电控制信号输送至第二电信号馈送单元和第二驱动单元，所述第二驱动单元通过所述电控制信号控制所述泵浦源、慢速的压电陶瓷以及快速的电光相位调制器，实现将拍频频率锁定在所述第二超稳激光源的频率基准上。
[0015]进一步，所述第二超稳激光源的光频率为第一超稳激光源的光频率的倍频。
[0016]在本专利技术的另一较佳实施方式中，本申请实施例提供了一种基于超稳激光源频率参考的光梳控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：由锁模光纤激光器输出锁模飞秒激光脉冲序列，所述锁模飞秒激光脉冲序列经光功率放大器放大脉冲峰均功率比，经功率放大的锁模飞秒激光脉冲序列由脉宽压缩器进行压缩，经压缩器压缩的锁模飞秒激光脉冲序列经由光谱展宽器展宽超过一个倍频程，经展宽的锁模飞秒激光脉冲序列输入第一光纤耦合器；步骤S2：第一光纤耦合器的输出端经由第一光纤回路和第二光纤回路将倍频后的所述锁模飞秒激光脉冲序列分别传输至第二光纤耦合器、第三光纤耦合器，并同时在第二光纤耦合器、第三光纤耦合器的输入端分别光耦合连接光频率不同的第一超稳激光源、第二超稳激光源；步骤S3：第二光纤耦合器、第三光纤耦合器的输出端各自连接的第一高频光电探测器、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超稳激光源频率参考的光梳系统，其特征在于，光梳系统包括：顺次光耦合连接的锁模光纤激光器、光功率放大器、脉宽压缩器、光谱展宽器以及第一光纤耦合器，第一光纤耦合器的输出端连接有第一光纤回路和第二光纤回路；第一光纤回路上顺次连接有第二光纤耦合器、第一高频光电探测器、第一锁频控制组件，第二光纤耦合器的输入端还连接有第一超稳激光源；第二光纤回路上顺次连接有第三光纤耦合器、第二高频光电探测器、第二锁频控制组件，第三光纤耦合器的输入端还连接有第二超稳激光源；第一超稳激光源与第二超稳激光源的光频率不同，且分别作为频率基准与各自对应的光纤回路中的光学频率梳的一个梳齿进行拍频，并将拍频频率锁定在频率基准上。2.如权利要求1所述的一种基于超稳激光源频率参考的光梳系统，其特征在于，第一锁频控制组件包括顺次连接的第一分配器、第一鉴频鉴相单元、第一电信号馈送单元、第一驱动单元，第二锁频控制组件包括第二分配器、第二鉴频鉴相单元、第二电信号馈送单元、第二驱动单元。3.如权利要求2所述的一种基于超稳激光源频率参考的光梳系统，其特征在于，锁模光纤激光器提供一锁模飞秒激光脉冲序列；光功率放大器光耦合至锁模光纤激光器，并被配置为放大锁模飞秒激光脉冲序列的脉冲峰均功率比；脉宽压缩器光耦合至光功率放大器，并被配置为在时间上压缩经光功率放大器放大的锁模飞秒激光脉冲序列；光谱展宽器光耦合至脉宽压缩器，并被配置为展宽经脉宽压缩器压缩的锁模飞秒激光脉冲序列的脉冲持续时间，光谱展宽器将光谱展宽超过一个倍频程。4.如权利要求3所述的一种基于超稳激光源频率参考的光梳系统，其特征在于，锁模光纤激光器的谐振腔结构为环形谐振腔、线性谐振腔、复合谐振腔中的任一种，锁模光纤激光器包括泵浦源、波分复用器、掺杂光纤、可饱和吸收体、锁频组件。5.如权利要求4所述的一种基于超稳激光源频率参考的光梳系统，其特征在于，锁频组件包括慢速的压电陶瓷和快速的电光相位调制器，第一驱动单元、第二驱动单元能够对泵浦源、慢速的压电陶瓷以及快速的电光相位调制器进行电控制信号反馈。6.如权利要求5所述的一种基于超稳激光源频率参考的光梳系统，其特征在于，第二光纤耦合器的输出端连接第一高频光电探测器，将光拍频信号转化为电信号，电信号经第一分配器分为两路，一路传输至第一鉴频鉴相单元，并将第一鉴频鉴相单元产生的电控制信号输送至第一电信号馈送单元和第一驱动单元，第一驱动单元通过电控制信号控制泵浦源、慢速的压电陶瓷以及快速的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：付小虎，潘伟巍，张磊，
申请(专利权)人：上海频准激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：