用高功率光纖光學頻率梳測量光頻率的方法及其裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種用高功率光纖光學頻率梳測量光頻率的方法及其裝置，該方法采用鎖模脈沖激光器作為光學頻率梳種子源搭建高功率光纖光學頻率梳，并將所述光學頻率梳的載波包絡相位信號鎖定在零頻；將此光學頻率梳的輸出光與待測連續激光進行拍頻，通過外部加載的調制信號微調光學頻率梳種子源脈沖的重復頻率，獲得多組對應于不同重復頻率的拍頻信號，從而實現所述待測連續激光頻率的精確測量。本發明專利技術的優點是，裝置結構穩定，測量過程簡單，應用靈活。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于激光科學與
，具體涉及一種用高功率光纖光學頻率梳測量光頻率的方法及其裝置。
技術介紹
科學技術的發展需建立在精密實驗測量的基礎之上，光頻率作為測量基準值,決定著其它許多物理量的準確度及定義。光學頻率的精確測量意味著計量準確度的提高，不僅為許多基本物理常數的測定提供了更精密的時頻基準，而且有利于發展更精確計時的以微波量子頻標為核心的原子鐘，提高全球定位系統的精度，構建信息高速公路。在信息科技日益發達的今天，高準確度頻標的研究是關系經濟發展、科技創新和國家安全的重要內容。由于光頻率在1014Hz量級，較之微波頻標高出了5個數量級，目前不存在直接響應這一頻段的光電探測器，故光頻率的精確測量一直是科學工作者密切關注的課題。傳統的基于諧波光頻鏈與光頻間隔內分(?OFID)?頻率鏈的光頻絕對測量方法，由于對參考頻率源的要求較高，結構復雜，難以實現光頻率高效、穩定的測量，同時，整個測量系統不方便維護，造價高。近幾年，飛秒光學頻率梳的發展為光頻率的測量提供了有力工具，通常將光梳的輸出光與待測單頻激光進行拍頻，間接計算出激光頻率。但是，現有的光梳拍頻方法要求光梳種子源工作在幾百MHz甚至GHz的高重復頻率，高重復頻率光梳對器件要求高，系統穩定性受限，測量精度受限；其次，現有的光梳拍頻方法沒有測量出激光的絕對頻率，直接讀出光頻需要二個光梳，或是配合使用波長計等測量儀器進行計算，這些無疑都為整個測量過程增添了不便因素。
技術實現思路
本專利技術的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種用高功率光纖光學頻率梳測量光頻率的方法及其裝置，該方法通過采用鎖模激光器作為光學頻率梳種子源向外輸出光梳脈沖序列，并通過連接光學頻率梳控制模塊以構建一臺高功率光纖光學頻率梳，將其載波包絡相位漂移信號鎖定在零頻不變，并實現對光梳脈沖序列重復頻率的鎖定與調諧；用該光學頻率梳的輸出光與待測的單頻連續激光拍頻，通過外部加載的調制信號微調光學頻率梳種子源脈沖的重復頻率，可獲得多組對應于不同重復頻率的拍頻信號，從而用一臺光學頻率梳即可精確測量出待測的單頻連續激光的頻率。本專利技術目的實現由以下技術方案完成：一種用高功率光纖光學頻率梳測量光頻率的方法，其特征在于所述方法采用鎖模脈沖激光器作為光學頻率梳種子源搭建高功率光纖光學頻率梳，并將所述光學頻率梳的載波包絡相位信號鎖定在零頻；將此光學頻率梳的輸出光與待測連續激光進行拍頻，通過外部加載的調制信號微調光學頻率梳種子源脈沖的重復頻率，獲得多組對應于不同重復頻率的拍頻信號，從而實現所述待測連續激光頻率的精確測量。包括如下步驟：所述光學頻率梳種子源的輸出功率經激光功率放大模塊放大后向光學頻率梳控制模塊提供光梳脈沖序列；所述光學頻率梳控制模塊中的重復頻率fr探測子模塊將光梳脈沖序列中探測到的重復頻率fr鎖定到標準信號上，并將誤差信號反饋至所述光學頻率梳種子源內的壓電陶瓷晶體；同時所述光學頻率梳控制模塊中的載波包絡相位漂移頻率f0探測子模塊將光梳脈沖序列中探測到的載波包絡相位漂移頻率f0作為聲光頻移器的驅動信號，并將光梳脈沖序列作為所述聲光頻移器的輸入信號，即fin=mfr+f0,利用所述聲光頻移器中的聲光頻移晶體的一級衍射光作為輸出光，把所述載波包絡相位漂移頻率f0抵消掉，以將光梳脈沖序列鎖定在零頻上輸出，即光梳脈沖序列的頻率為fcomb=mfr；通過所述光學頻率梳控制模塊輸出的光梳脈沖序列經過光梳頻譜展寬模塊，獲得從紫外到紅外的寬輸出頻帶，并與待測連續激光光源模塊輸出的所述待測連續激光一起入射到光學合束模塊，經合束后共同傳播至拍頻探測模塊中；之后通過所述拍頻探測模塊中的光學濾波裝置將所述光梳頻譜展寬模塊輸出光譜中與所述待測連續激光波段相同的部分選取出來，并經其內的透鏡聚焦至相應波段的信號探測器上進行拍頻信號fbeat的探測，即所述待測連續激光的頻率可表示為fl=mfr±fbeat，其中所述重復頻率fr和拍頻信號fbeat的值可直接讀取；通過外部信號加載模塊給所述光學頻率梳種子源上的壓電陶瓷晶體加載鋸齒信號，從而微調所述光學頻率梳種子源的激光腔的腔長獲得新的重復頻率frˊ和相對應的新的拍頻信號fbeatˊ；確定所述待測連續激光的頻率fl=mfr±fbeat中的正負號，若該式中為正號，則此時fl=mfr+fbeat=mfrˊ+?fbeatˊ,可求得???????????????????????????????????????????????，最終可得所述待測連續激光頻率為；若該式中為負號，則此時fl=mfr-fbeat=mfrˊ-?fbeatˊ,可求得，最終可得所述待測連續激光頻率為。所述待測連續激光的頻率fl=mfr±fbeat中的正負號是通過如下步驟確定的：通過所述外部信號加載模塊給所述光學頻率梳種子源上的壓電陶瓷晶體加載鋸齒信號，從而微調所述激光腔的腔長，若當重復頻率fr增大的時候拍頻信號fbeat的值減小，當重復頻率fr減小的時候拍頻信號fbeat的值增大，則該式中為正號；若當重復頻率fr增大的時候拍頻信號fbeat的值增大，當重復頻率fr減小的時候拍頻信號fbeat的值減小，則該式中為負號。一種用高功率光纖光學頻率梳測量光頻率的裝置，其特征在于所述裝置包括依次連接的光學頻率梳種子源、激光功率放大模塊、光學頻率梳控制模塊、光梳頻譜展寬模塊、光學合束模塊、拍頻探測模塊以及信號讀取模塊，其中在所述光學頻率梳種子源上設置有外部信號加載模塊，所述光學合束模塊上還連接有待測連續激光光源模塊；所述光學頻率梳控制模塊由重復頻率fr探測子模塊、載波包絡相位漂移頻率f0探測子模塊以及聲光頻移器組成，其中所述的重復頻率fr探測子模塊與所述光學頻率梳種子源反饋連接，所述的載波包絡相位漂移頻率f0探測子模塊與所述聲光移頻器連接；所述激光功率放大模塊分別連接所述重復頻率fr探測子模塊和載波包絡相位漂移頻率f0探測子模塊，所述聲光頻移器連接所述光梳頻譜展寬模塊。?所述光學頻率梳種子源是被動式鎖模激光器或主動式鎖模激光器，所述激光器的激光腔中設置有壓電陶瓷晶體，所述壓電陶瓷晶體與所述外部信號加載模塊連接，以控制所述激光腔的腔長。所述光學合束模塊為空間半透半反鏡或光纖耦合器。所述拍頻探測模塊包括光學濾波裝置和信號探測器。所述信號讀取模塊為快速傅里葉變換頻譜分析儀，或為由電學濾波與數據采集卡組成的電學快速讀取器件。本專利技術的優點是，1）高功率光學頻率梳的每根梳齒能量高，可以在光學頻率梳種子源脈沖具有較低重復頻率的情況下完成對光頻的測量，避免振蕩級重復頻率在幾十MHz至GHz的復雜調整；2）通過聲光頻移晶體的頻率偏移特性，將光學頻率梳的載波包絡相位鎖定在零頻，這不僅有利于光梳自身對載波包絡相位漂移頻率的控制，同時有效抑制了當光學頻率梳種子源重復頻率改變時，載波包絡相位信號抖動增強的現象，大大減少了光頻率測量中，由光梳載波包絡相位漂移而引入的附加噪聲，提高光頻率的測量精度；3）該方法在保證光梳載波包絡相位信號不變的基礎上，利用基于鎖相環技術的伺服本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用高功率光纖光學頻率梳測量光頻率的方法，其特征在于所述方法采用鎖模脈沖激光器作為光學頻率梳種子源搭建高功率光纖光學頻率梳，并將所述光學頻率梳的載波包絡相位信號鎖定在零頻；將此光學頻率梳的輸出光與待測連續激光進行拍頻，通過外部加載的調制信號微調光學頻率梳種子源脈沖的重復頻率，獲得多組對應于不同重復頻率的拍頻信號，從而實現所述待測連續激光頻率的精確測量。

【技術特征摘要】
1.一種用高功率光纖光學頻率梳測量光頻率的方法，其特征在于所述方法采用鎖模脈沖激光器作為光學頻率梳種子源搭建高功率光纖光學頻率梳，并將所述光學頻率梳的載波包絡相位信號鎖定在零頻；將此光學頻率梳的輸出光與待測連續激光進行拍頻，通過外部加載的調制信號微調光學頻率梳種子源脈沖的重復頻率，獲得多組對應于不同重復頻率的拍頻信號，從而實現所述待測連續激光頻率的精確測量。
2.根據權利要求1所述的一種用高功率光纖光學頻率梳測量光頻率的方法，其特征在于包括如下步驟：
所述光學頻率梳種子源的輸出功率經激光功率放大模塊放大后向光學頻率梳控制模塊提供光梳脈沖序列；
所述光學頻率梳控制模塊中的重復頻率fr探測子模塊將光梳脈沖序列中探測到的重復頻率fr鎖定到標準信號上，并將誤差信號反饋至所述光學頻率梳種子源內的壓電陶瓷晶體；同時所述光學頻率梳控制模塊中的載波包絡相位漂移頻率f0探測子模塊將光梳脈沖序列中探測到的載波包絡相位漂移頻率f0作為聲光頻移器的驅動信號，并將光梳脈沖序列作為所述聲光頻移器的輸入信號，即fin=mfr+f0,利用所述聲光頻移器中的聲光頻移晶體的一級衍射光作為輸出光，把所述載波包絡相位漂移頻率f0抵消掉，以將光梳脈沖序列鎖定在零頻上輸出，即光梳脈沖序列的頻率為fcomb=mfr；
通過所述光學頻率梳控制模塊輸出的光梳脈沖序列經過光梳頻譜展寬模塊，獲得從紫外到紅外的寬輸出頻帶，并與待測連續激光光源模塊輸出的所述待測連續激光一起入射到光學合束模塊，經合束后共同傳播至拍頻探測模塊中；
之后通過所述拍頻探測模塊中的光學濾波裝置將所述光梳頻譜展寬模塊輸出光譜中與所述待測連續激光波段相同的部分選取出來，并經其內的透鏡聚焦至相應波段的信號探測器上進行拍頻信號fbeat的探測，即所述待測連續激光的頻率可表示為fl=mfr±fbeat，其中所述重復頻率fr和拍頻信號fbeat的值可直接讀取；通過外部信號加載模塊給所述光學頻率梳種子源上的壓電陶瓷晶體加載鋸齒信號，從而微調所述光學頻率梳種子源的激光腔的腔長獲得新的重復頻率frˊ和相對應的新的拍頻信號fbeatˊ；確定所述待測連續激光的頻率fl=mfr±fbeat中的正負號，若該式中為正號，則此時fl=mfr+fbeat=mfrˊ+?fbeatˊ,可求得???????????????????????????????????????????????...

【專利技術屬性】
技術研發人員：白東碧，曾和平，
申請(專利權)人：華東師范大學，
類型：發明
國別省市：上海;31