基于光學(xué)頻率梳的連續(xù)激光器光譜線寬測(cè)量裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于光學(xué)頻率梳的連續(xù)激光器光譜線寬測(cè)量裝置，特點(diǎn)是該裝置包括光學(xué)頻率梳控制模塊、光學(xué)頻率梳種子源、光梳頻譜展寬模塊、連續(xù)激光發(fā)生源、光學(xué)合束模塊、光學(xué)選頻濾波模塊、拍頻探測(cè)模塊及信號(hào)讀取模塊。精密控制的光學(xué)頻率梳經(jīng)過頻域展寬，其輸出光與連續(xù)激光發(fā)生源的輸出光一起入射到光學(xué)合束模塊，使出射的兩束激光光斑重合，再一同入射到光學(xué)選頻濾波模塊，濾取出的兩路激光通過拍頻探測(cè)模塊，整形光斑大小，將光斑集中于探測(cè)器上，相干合成為拍頻信號(hào)，通過信號(hào)讀取模塊能夠獲得待測(cè)連續(xù)激光的輸出光譜寬度。本發(fā)明專利技術(shù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，測(cè)量過程快速簡(jiǎn)單，可實(shí)時(shí)獲得一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)連續(xù)激光的輸出線寬，應(yīng)用性強(qiáng)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)公開了一種基于光學(xué)頻率梳的連續(xù)激光器光譜線寬測(cè)量裝置，特點(diǎn)是該裝置包括光學(xué)頻率梳控制模塊、光學(xué)頻率梳種子源、光梳頻譜展寬模塊、連續(xù)激光發(fā)生源、光學(xué)合束模塊、光學(xué)選頻濾波模塊、拍頻探測(cè)模塊及信號(hào)讀取模塊。精密控制的光學(xué)頻率梳經(jīng)過頻域展寬，其輸出光與連續(xù)激光發(fā)生源的輸出光一起入射到光學(xué)合束模塊，使出射的兩束激光光斑重合，再一同入射到光學(xué)選頻濾波模塊，濾取出的兩路激光通過拍頻探測(cè)模塊，整形光斑大小，將光斑集中于探測(cè)器上，相干合成為拍頻信號(hào)，通過信號(hào)讀取模塊能夠獲得待測(cè)連續(xù)激光的輸出光譜寬度。本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，測(cè)量過程快速簡(jiǎn)單，可實(shí)時(shí)獲得一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)連續(xù)激光的輸出線寬，應(yīng)用性強(qiáng)。【專利說明】基于光學(xué)頻率梳的連續(xù)激光器光譜線寬測(cè)量裝置
本專利技術(shù)涉及超快激光領(lǐng)域，具體是講用精確控制的鎖模激光器產(chǎn)生脈沖線寬較窄的穩(wěn)定光學(xué)頻率梳，再利用此光學(xué)頻率梳與窄線寬連續(xù)激光器的輸出光進(jìn)行拍頻，以實(shí)時(shí)測(cè)量線寬在KHz至MHz量級(jí)的連續(xù)激光器輸出光譜線寬的一種快速有效的測(cè)量裝置。
技術(shù)介紹
連續(xù)激光與脈沖激光作為激光
的兩大分支，一直備受科學(xué)研究與生產(chǎn)生活各領(lǐng)域的從業(yè)人員的密切關(guān)注。一方面，基于原子躍遷譜線的超窄線寬連續(xù)激光可以為諸多超快激光技術(shù)提供頻率標(biāo)準(zhǔn)參考，同時(shí)，新興的窄線寬連續(xù)光纖激光器以其良好的噪聲抑制特性、單縱模穩(wěn)定度與結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于激光遙感、激光通信與激光雷達(dá)等
；另一方面，基于鎖模脈沖序列的光學(xué)頻率梳由于具有時(shí)域與頻率的高度穩(wěn)定性，可以用作高精度的頻率“標(biāo)尺”，為精密光譜測(cè)量與光梳測(cè)距等科學(xué)研究提供有力工具。光學(xué)頻率梳技術(shù)與窄線寬連續(xù)激光控制技術(shù)相融合，不僅能夠得到探測(cè)精度大幅提高的超窄線寬光學(xué)頻率梳，而且可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)頻率傳遞，為小型光頻原子鐘技術(shù)及高精度微波原子鐘技術(shù)打下基礎(chǔ)。光學(xué)頻率梳與連續(xù)激光相結(jié)合的技術(shù)之一是測(cè)量窄線寬連續(xù)激光的輸出光譜寬度。針對(duì)已有的連續(xù)激光線寬測(cè)量方法，傳統(tǒng)的反射光柵型的光譜分析儀與法布里-珀羅干涉儀的測(cè)量精度已不能滿足現(xiàn)行連續(xù)激光技術(shù)中，激光器的_3dBm線寬一般在KHz量級(jí)的高精度要求。而且高精度的F-B腔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，對(duì)材料的熱漲控制、外界溫度控制、氣流與機(jī)械抖動(dòng)控制提出了苛刻要求。另外較為常用的延遲自外差法(DSHI)，在原理上需滿足光纖的延遲時(shí)間不小于激光器相干時(shí)間的3倍，如測(cè)量輸出線寬在千赫茲或赫茲量級(jí)的連續(xù)激光器，則所需延遲光纖長(zhǎng)度將達(dá)到幾十甚至上百公里。這不僅為實(shí)際操作帶來不便，還會(huì)增強(qiáng)激光傳輸過程中的受激布里淵散射(SBS, stimulated Brillouin scattering)效應(yīng)，從而造成光纖激光器輸出功率降低，光束質(zhì)量劣化等不利影響；同時(shí)，現(xiàn)有方法無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)激光線寬短期穩(wěn)定性與長(zhǎng)期穩(wěn)定性的檢測(cè)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種以穩(wěn)定的飛秒光學(xué)頻率梳作為頻率計(jì)來測(cè)量窄線寬連續(xù)激光的光譜寬度的新裝置。該裝置在實(shí)現(xiàn)光學(xué)頻率梳的精密控制與頻譜展寬的基礎(chǔ)上，完成脈沖線寬在KHz量級(jí)的光學(xué)頻率梳與窄線寬激光的拍頻，通過光學(xué)濾波，在測(cè)量裝置上獲取拍頻信號(hào)，便可直接讀取待測(cè)連續(xù)光的光學(xué)頻率線寬。整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，測(cè)量過程快速簡(jiǎn)單，可實(shí)時(shí)獲得一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)連續(xù)激光的輸出線寬，應(yīng)用性強(qiáng)。實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)目的的具體技術(shù)方案是:一種基于光學(xué)頻率梳的連續(xù)激光器光譜線寬測(cè)量裝置，特點(diǎn)是該裝置包括光學(xué)頻率梳控制模塊、光學(xué)頻率梳種子源、光梳頻譜展寬模塊、連續(xù)激光發(fā)生源、光學(xué)合束模塊、光學(xué)選頻濾波模塊、拍頻探測(cè)模塊及信號(hào)讀取模塊，所述光學(xué)頻率梳控制模塊與光學(xué)頻率梳種子源之間電連接，光學(xué)頻率梳種子源、光梳頻譜展寬模塊、光學(xué)合束模塊、光學(xué)選頻濾波模塊及拍頻探測(cè)模塊依次光路連接，連續(xù)激光發(fā)生源與光學(xué)合束模塊光路連接，拍頻探測(cè)模塊與信號(hào)讀取模塊之間電連接，其中: 所述光學(xué)頻率梳控制模塊為可以提供激光脈沖功率放大、脈沖寬度壓縮與脈沖重復(fù)頻率f；和載波包絡(luò)相位漂移頻率fo探測(cè)與反饋控制的元件。通過電子反饋系統(tǒng)把f；與fo鎖定到標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)上，使f；與fo之間的相位固定，保證光學(xué)頻率梳的時(shí)頻域穩(wěn)定性。所述光學(xué)頻率梳種子源為飛秒鎖模脈沖序列的發(fā)生器，利用發(fā)生器內(nèi)的色散控制，可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率在幾十MHz的寬頻譜飛秒激光的輸出，每個(gè)脈沖在頻域的線寬在KHz量級(jí)。所述光梳頻譜展寬模塊一般為蜂窩狀周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖，其非線性程度高，可根據(jù)其零色散點(diǎn)的位置為不同波段的光梳脈沖提供不同的色散量，使光梳的輸出頻譜拓展到覆蓋可見至近紅外的較寬波段。所述連續(xù)激光發(fā)生源為從可見至紅外的寬波段范圍內(nèi)任意波長(zhǎng)的單縱模激光器及保證單縱模激光器高效運(yùn)轉(zhuǎn)的隔離器與偏振控制器件，單縱模激光器的輸出功率在IOmff?500mW量級(jí)范圍，輸出線寬在KHz至MHz量級(jí)。所述光學(xué)合束模塊為與連續(xù)激光發(fā)生源輸出波長(zhǎng)相吻合的空間半透半反鏡或光纖耦合器，將光梳的輸出光與待測(cè)線寬的連續(xù)激光合束，達(dá)到光場(chǎng)的高度重合。所述光學(xué)選頻濾波模塊為空間反射式光柵與小孔光闌組合或者是與連續(xù)激光發(fā)生源輸出波長(zhǎng)相應(yīng)波段的光纖濾波器，將進(jìn)行拍頻的兩路激光提取出來。所述拍頻探測(cè)模塊由聚焦透鏡與雪崩光電探測(cè)器組成，將提取出的拍頻光波進(jìn)行探測(cè)。所述信號(hào)讀取模塊為快速傅里葉變換頻譜分析儀或由電學(xué)濾波與數(shù)據(jù)采集卡組成的電學(xué)快速讀取器件，合理選取測(cè)量?jī)x器的帶寬與分辨率，可讀取拍頻信號(hào)的線寬。本專利技術(shù)的工作流程:光學(xué)頻率梳種子源產(chǎn)生的鎖模激光脈沖序列由光學(xué)頻率梳控制模塊完成脈沖重復(fù)頻率與載波包絡(luò)相位的鎖定，使光梳的輸出脈沖寬度在KHz量級(jí)；再通過光梳頻譜展寬模塊實(shí)現(xiàn)寬光譜的穩(wěn)定光梳輸出，其輸出光與連續(xù)激光發(fā)生源的輸出光一起入射到光學(xué)合束模塊，通過合理選擇光纖耦合器的分束比或調(diào)整半透半反鏡的俯仰角度，使出射的兩束激光光斑重合，一同入射到光學(xué)選頻濾波模塊，將較寬的光學(xué)頻率梳輸出光譜中與待測(cè)連續(xù)激光波段相同的部分選取出來，以減少測(cè)量系統(tǒng)中的雜散光，提高探測(cè)信號(hào)的信噪比，濾取出的激光波再通過拍頻探測(cè)模塊，整形光斑大小，將光斑高度集中于探測(cè)器上，相干合成為拍頻信號(hào)，通過信號(hào)讀取模塊可以在測(cè)量?jī)x器上獲得待測(cè)連續(xù)激光的輸出光譜寬度。本專利技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理為:由理論計(jì)算可知，當(dāng)參考激光(本專利技術(shù)中的光學(xué)頻率梳)的頻率與待測(cè)連續(xù)激光的頻率相近，且參考激光的線寬足夠窄時(shí)，所得的拍頻頻譜與待測(cè)激光頻譜線型完全相同，且譜線寬度即為待測(cè)激光線寬。本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn): I)可測(cè)量多種工作原理的連續(xù)激光發(fā)生源的輸出光譜線寬，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)連續(xù)激光的發(fā)生源沒有特殊要求，可適用于發(fā)射單頻連續(xù)激光的諸如光纖激光器、半導(dǎo)體激光器與塊狀固體激光器等多種類型激光器的輸出線寬測(cè)量； 2)經(jīng)過頻域拓展的光學(xué)頻率梳具有從可見到紅外的較寬光譜輸出范圍，可完成輸出波長(zhǎng)在不同波段的多種連續(xù)激光器的線寬測(cè)量，可利用范圍廣； 3)能夠在同一時(shí)刻完成對(duì)多個(gè)波長(zhǎng)的寬帶連續(xù)激光線寬的實(shí)時(shí)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)用一臺(tái)光學(xué)頻率梳測(cè)控多臺(tái)連續(xù)激光器，這在光頻原子鐘技術(shù)及高精度微波原子鐘技術(shù)中具有重要應(yīng)用； 3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以在較短的作用距離內(nèi)，實(shí)現(xiàn)窄線寬激光輸出線寬的測(cè)量，有效抑制了以往方法中光纖過長(zhǎng)而引起的受激布里淵散射效應(yīng)； 4)可以采用全光纖式結(jié)構(gòu)，不僅為本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于光學(xué)頻率梳的連續(xù)激光器光譜線寬測(cè)量裝置，其特征在于該裝置包括光學(xué)頻率梳控制模塊、光學(xué)頻率梳種子源、光梳頻譜展寬模塊、連續(xù)激光發(fā)生源、光學(xué)合束模塊、光學(xué)選頻濾波模塊、拍頻探測(cè)模塊及信號(hào)讀取模塊，所述光學(xué)頻率梳控制模塊與光學(xué)頻率梳種子源之間電連接，光學(xué)頻率梳種子源、光梳頻譜展寬模塊、光學(xué)合束模塊、光學(xué)選頻濾波模塊及拍頻探測(cè)模塊依次光路連接，連續(xù)激光發(fā)生源與光學(xué)合束模塊光路連接，拍頻探測(cè)模塊與信號(hào)讀取模塊之間電連接，其中：所述光學(xué)頻率梳控制模塊為能夠提供激光脈沖功率放大、脈沖寬度壓縮與脈沖重復(fù)頻率fr和載波包絡(luò)相位漂移頻率f0探測(cè)與反饋控制的元件，實(shí)現(xiàn)光學(xué)頻率梳各個(gè)脈沖序列之間的相位鎖定，使光學(xué)頻率梳在時(shí)間域與頻率域具有高度穩(wěn)定性；所述光學(xué)頻率梳種子源為飛秒鎖模脈沖序列發(fā)生器，利用發(fā)生器內(nèi)的色散控制，能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)頻率在幾十MHz的寬頻譜飛秒激光的輸出，每個(gè)脈沖在頻域的線寬在KHz量級(jí)；所述光梳頻譜展寬模塊將光學(xué)頻率梳的輸出頻率譜拓展到覆蓋可見光至近紅外光的范圍，由蜂窩狀周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)；?所述連續(xù)激光發(fā)生源為從可見至紅外的寬波段范圍內(nèi)任意波長(zhǎng)的單縱模激光器及保證單縱模激光器高效運(yùn)轉(zhuǎn)的隔離器與偏振控制器件，單縱模激光器的輸出功率在10mW～500mW量級(jí)范圍，輸出線寬在KHz至MHz量級(jí)；所述光學(xué)合束模塊為與連續(xù)激光波段相吻合的空間半透半反鏡或光纖耦合器，將光梳的輸出光與待測(cè)線寬的連續(xù)激光合束，達(dá)到光場(chǎng)的重合；所述光學(xué)選頻濾波模塊為空間反射式光柵與小孔光闌組合或者是與連續(xù)激光波段相吻合的光纖濾波器，將進(jìn)行拍頻的兩路激光提取出來；所述拍頻探測(cè)模塊由聚焦透鏡與雪崩光電探測(cè)器組成，將提取出的拍頻光波進(jìn)行探測(cè)；所述信號(hào)讀取模塊為快速傅里葉變換頻譜分析儀或由電學(xué)濾波與數(shù)據(jù)采集卡組成的電學(xué)快速讀取器件，能夠讀取拍頻信號(hào)的線寬。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：白東碧，曾和平，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海朗研光電科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：