一种产生高重复频率光学频率梳的方法技术

本发明专利技术公开了一种产生高重复频率光学频率梳的方法，其技术方案的要点是，采用激光器上实现重复频率锁定的主动谐波锁模使激光器输出脉冲的重复频率是腔长的基次重复频率的N倍；其次利用多级级联放大对振荡器的种子脉冲进行光功率放大；然后利用载波包络相位零频自参考干涉仪测量谐波锁模脉冲的载波包络相位零频信号，并通过载波包络相位噪声前馈控制精确锁定谐波脉冲的零频抖动，得到高重复频率的光学频率梳。本发明专利技术目的是克服了现有技术的不足，提供一种摆脱了激光器腔长的束缚的产生高重复频率光学频率梳的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
高重复频率的光学频率梳(简称光梳)在高精度激光测距、精密光谱测量和天文光谱学方面有着极其重要的应用价值。由于高重复频率的光梳脉冲时间间隔短，在基于飞行时间的测距方案中可以提高距离的测量分辨率；同时它在频率域的纵模频率间隔大，即光谱范围内的光梳齿的个数少，有利于提高单个频率梳齿的能量，也大频率间隔的天文光谱测量提供了有力的探测光源。所以实现具有高重复频率脉冲特性的光梳具有重要的实用价值。传统产生高重复频率光梳(即重复频率在GHz量级及以上)的方法主要是利用短腔法。由于锁模谐振腔内产生脉冲的重复频率f与有效腔长L存在关系式f = c/L，其中c为真空中光速，有效腔长L=nL’，其中n为激光腔平均折射率，L’为激光器的物理长度。所以通过减小折射率n或是缩短腔长L’可达到提高重复频率的作用。但是由于折射率n有材料的固有性质决定不宜改变，所以通常采用缩短腔长L’的方式提高激光器的脉冲重复频率。这种方法的最大缺点在于激光腔内的锁模器件或是加工技术通常会限制腔长，从而很难用短腔法实现重复频率在IOGHz以上的锁模脉冲，因为此时有效腔长仅为3cm，对激光器的设计提出了巨大的难题。另外，短腔法产生的高重复频率脉冲的缺点还包括1、短腔激光器对腔长的物理抖动敏感，抗噪声能力差，以至于锁模脉冲的稳定度较差；2、由于激光腔空间小，所以腔内难以放入调节器件对脉冲的一些光学参数进行调整，如色散，脉宽、偏振态，载波包络相位等；3、短腔法产生的锁模脉冲CEP零频线宽较宽，对反馈伺服电路系统的响应带宽要求较高；4、激光器腔加工精度要求高，不易调整与结构优化。总之,传统技术在实现具有载波包络相位长期稳定的光梳光源方面仍有较大难度。
技术实现思路
本专利技术目的是克服了现有技术的不足，提供一种摆脱了激光器腔长的束缚的产生高重复频率光学频率梳的方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的，其特征在于采用激光器上实现重复频率锁定的主动谐波锁模使激光器输出脉冲的重复频率是腔长的基次重复频率的N倍；其次利用多级级联放大对振荡器的种子脉冲进行光功率放大；然后利用载波包络相位零频自参考干涉仪测量谐波锁模脉冲的载波包络相位零频信号，并通过载波包络相位噪声前馈控制精确锁定谐波脉冲的零频抖动，得到高重复频率的光学频率梳。如上所述的产生高重复频率光学频率梳的方法，其特征在于所述的零频自参考干涉仪为0-f自参考干涉仪或共线型f-2f自参考干涉仪或非共线型f-2f自参考干涉仪。如上所述的产生高重复频率光学频率梳的方法，其特征在于所述的重复频率锁定的主动谐波锁模是指在激光器腔内加入调频器，在保证泵浦光功率足够的条件下，使调频器的驱动频率f=N (c/L)，其中c为真空中光速，L=nL’为激光器有效腔长，n为激光介质的平均折射率，L’为激光腔的物理长度，N为谐波锁模级次，为正整数。如上所述的产生高重复频率光学频率梳的方法，其特征在于所述的级联放大是指依次使用两个或两个以上的激光放大器对种子激光进行功率放大，其中每两个放大器之间使用一个光隔离器，以防止后继放大器的反向传播光对前级放大器造成破坏。 如上所述的产生高重复频率光学频率梳的方法，其特征在于所述的重复频率的锁定是指利用标准频率源信号作为射频信号发生器的同步时钟源，利用锁定的信号发生器产生频率稳定并且可调节的射频信号驱动调频器。根据权利要求1所述的产生高重复频率光学频率梳的方法，其特征在于所述的载波包络相位零频自参考测量是指利用激光脉冲的高频成分(2m*fr+f0)与低频成分的倍频2 (m fr+fO)进行拍频,其中m为激光器的纵模个数，为正整数，f0为载波包络相位零频。如上所述的产生高重复频率光学频率梳的方法，其特征在于所述的载波包络相位噪声前馈控制是指将谐波锁模脉冲送入一个声光频移器，其0级输出光通过零频自参考测量仪产生拍频信号f0。与现有技术相比，本专利技术有如下优点本专利技术采用谐波锁模的方式产生高重复频率脉冲，从而摆脱了激光器腔长的束缚，在很大程度上放宽了高重复频率脉冲的产生条件。同时方案采用了载波包络相位噪声前馈控制技术有效地消除了谐波脉冲的相位噪声，从而可以方便地实现高重复频率光梳脉冲，且该技术相位噪声低、系统简单，易于集成化。另外，谐波锁模激光器没有腔长度的限制，便于放置色散和偏振控制元件，从而利于实现对激光脉冲特性的调节，以保证激光器输出的稳定性。附图说明图1为谐波锁模光梳的装置示意图；图2为谐波锁模激光器的示意图；图3为谐波锁模脉冲放大器的示意图；图4为零频探测系统的示意图。具体实施方式，采用激光器上实现重复频率锁定的主动谐波锁模使激光器输出脉冲的重复频率是腔长的基次重复频率的N倍；其次利用多级级联放大对振荡器的种子脉冲进行光功率放大；然后利用载波包络相位零频自参考干涉仪测量谐波锁模脉冲的载波包络相位零频信号，并通过载波包络相位噪声前馈控制精确锁定谐波脉冲的零频抖动，得到高重复频率的光学频率梳。所述的零频自参考干涉仪为0_f自参考干涉仪或共线型f_2f自参考干涉仪或非共线型f-2f自参考干涉仪。所述的重复频率锁定的主动谐波锁模是指在激光器腔内加入调频器，在保证泵浦光功率足够的条件下，使调频器的驱动频率f=N (c/L)，其中c为真空中光速，L=nL’为激光器有效腔长，n为激光介质的平均折射率，L’为激光腔的物理长度，N为谐波锁模级次，为正整数。此时，激光器将工作在N次谐波锁模状态，输出脉冲的重复频率为N fr。所述的级联放大是指依次使用两个或两个以上的激光放大器对种子激光进行功率放大，其中每两个放大器之间使用一个光隔离器，以防止后继放大器的反向传播光对前级放大器造成破坏。采用级联放大技术的目的主要是减少放大过程中的自发辐射等噪声，同时保证高功率放大脉冲的稳定输出。所述的重复频率的锁定是指利用标准频率源信号作为射频信号发生器的同步时 钟源，利用锁定的信号发生器产生频率稳定并且可调节的射频信号驱动调频器。此时，在主动锁模技术中，调频器调制频率的稳定度在很大程度上决定了激光锁模脉冲重复频率的稳定度，所以可以实现对脉冲重复频率的锁定。所述的载波包络相位零频自参考测量是指利用激光脉冲的高频成分(2m fr+fO)与低频成分的倍频2 (m &■+ ))进行拍频，其中m为激光器的纵模个数，为正整数，f0为载波包络相位零频。拍频信号的低频成分fB=2(m fr+fO)-(2m fr+fO) =f0,正是激光载波包络相位零频。所述的载波包络相位噪声前馈控制是指将谐波锁模脉冲送入一个声光频移器，其0级输出光通过零频自参考测量仪产生拍频信号f0。由于相位噪声的存在，所以f0会在一个频率范围内波动，即fo+ Af, Af为频率-相位噪声。该信号f0+ A经过带通滤波放大器和功率放大器后驱动声光移频器，此时移频器的I级输出光将产生-(f0+Af)的频移量，从而抵消了原有的零频信号噪声Af0如图1所示，本专利技术具体实施过程如下 首先，利用标准频率源H为射频信号发生器G产生标准同步时钟，调节射频信号发生器G产生频率为锁模激光器A基次锁模频率(fr) N倍的驱动频率信号，通过锁模激光器A中的调频器使锁模激光器A产生重复频率为N fr的脉冲信号。之后，对该高重复频率脉冲信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生高重复频率光学频率梳的方法，其特征在于：采用激光器上实现重复频率锁定的主动谐波锁模使激光器输出脉冲的重复频率是腔长的基次重复频率的N倍；其次利用多级级联放大对振荡器的种子脉冲进行光功率放大；然后利用载波包络相位零频自参考干涉仪测量谐波锁模脉冲的载波包络相位零频信号，并通过载波包络相位噪声前馈控制精确锁定谐波脉冲的零频抖动，得到高重复频率的光学频率梳。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁崇智，曾和平，闫明，
申请(专利权)人：广东汉唐量子光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：