一种自适应双光梳光谱补偿信号提取方法
【专利摘要】本发明公开了一种自适应双光梳光谱补偿信号提取系统，其特点是迈克尔逊干涉仪和电学拍频获得自适应双光梳光谱补偿信号，采用时域延时和频域选择的方式，有效利用迈克尔逊干涉仪相干探测一定延时的前后脉冲，提取出表征单个脉冲激光器自身重复频率抖动和载波包络相位抖动的信号，最后通过电学倍频及混频过程，获得表征两个脉冲激光器相对重复频率抖动和相对载波包络相位抖动的补偿信号，可直接用于自适应双光梳光谱测量。本发明与现有技术相比完全避免了自适应双光梳光谱中需要引入两台窄线宽连续激光器提取补偿信号的方式，补偿信号受连续光波长飘移干扰小，信号稳定可靠，进一步提高了自适应双光梳光谱系统的稳定性和可靠性。
【专利说明】
一种自适应双光梳光谱补偿信号提取方法
技术领域
[0001]本发明涉及光电探测技术领域，具体地说是一种基于基于迈克尔逊干涉仪的自适应双光梳光谱补偿信号提取方法。
【背景技术】
[0002]双光梳光谱技术作为近年来科研领域的前沿课题，能极大的提高光谱探测的精度。双光梳光谱探测技术相比传统技术有两个改进，一是采用光梳替代传统光源，作为标准的频率谱线位置更稳定，线宽更窄，精度更高；另一个是采用两个重复频率略有差异的光梳同时测量，一个作为参考光梳，一个作为激发光梳，类似于游标卡尺的主尺和副尺，通过频率错位和拍频探测，进一步提高频率测量的精度。近期发展起来的自适应双光梳光谱技术，采用两台窄线宽连续激光器和两台超短脉冲激光器拍频，再经过电路混频、倍频、放大、滤波处理，获得表征两台超短脉冲激光器相对重复频率抖动和相对载波包络相位抖动的补偿信号，表征相对重复频率抖动的信号用于光谱探测过程中的异步采样，表征相对载波包络相位抖动的信号用于光谱干涉信号混频，最终在信号处理阶段消除抖动的影响，实现高精度光谱探测。
[0003]目前的自适应双光梳光谱系统中，补偿信号的源头来自两台窄线宽连续激光器和两台超短脉冲激光器的相互光学拍频，由于环境温度、振动变化，每台窄线宽激光器或者超短脉冲激光器的光频会随时间随机飘移，因此，光学拍频信号的中心频率也会随时间随机飘移，并且飘移范围非常大，很容易超出电路滤波器的带宽，导致拍频信号丢失，电路处理模块失效，自适应补偿系统工作异常。为控制窄线宽连续激光器和超短脉冲激光器的光学拍频信号飘移范围，可以通过建立负反馈环路，通过调节连续激光器的温度、栗浦功率或者脉冲激光器的重复频率等参数，将两者的拍频飘移控制在后续电路滤波器的带宽之内，但是这种负反馈的补偿方式必然会对自适应光梳光谱造成干扰，降低系统的测量精度。
[0004]现有技术的自适应双光梳光谱系统，其补偿信号提取方式必须首先使用窄线宽连续激光器与超短脉冲激光器光学拍频，存在拍频信号丢失的重大隐患，影响系统长期运转的稳定性、可靠性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种自适应双光梳光谱补偿信号提取方法，采用两个独立的迈克尔逊干涉仪分别测量两台超短脉冲激光器的频率抖动，利用时域延时和频域选择的方式，提取出表征两台脉冲激光器相对重复频率抖动和相对载波包络相位抖动的信号，实现双光梳光谱测量，无需对脉冲激光器进行重复频率或者载波包络相位的主动控制，避免了传统自适应双光梳光谱补偿信号提取方式中窄线宽连续光与超短脉冲激光的光频飘移，保证拍频信号长期稳定存在，较好的解决了光学拍频信号飘移导致的补偿信号丢失问题，系统简单，操作方便，大大提高了自适应双光梳光谱测量系统的稳定性。
[0006]本发明的目的是这样实现的:一种自适应双光梳光谱补偿信号提取方法，包括超短脉冲激光器、光电探测器、电学倍频及滤波单元和双光梳光谱数据处理单元，其特点是采用两个独立的迈克尔逊干涉仪分别测量两台超短脉冲激光器的频率抖动，然后将两迈克尔逊干涉仪的输出光分别进入两光学分束器，两光学分束器将输出光分别親合到四个光学滤波器，滤波后的四个光信号分别由四个光电探测器进行探测，每个光电探测器将探测的光信号平均分为两路输出，一路输出光经电学倍频及滤波单元后与另一路输出光依次分别进入一级混频和二级混频，然后将二级混频处理后的光信号作为自适应双光梳光谱的补偿信号接入双光梳光谱数据处理单元。
[0007]所述每个光电探测器将探测到的光信号平均分为两路输出为四个光电探测器分别探测得到①、②、③和④四个光信号，每个光信号平均分为两路输出，两光电探测器一路输出的①和②两个光信号分别经两个电学倍频及滤波单元后进入一级混频，两光电探测器另一路输出的①和②两个光信号分别直接进入一级混频;另两光电探测器一路输出的③和④两个光信号分别经另两个电学倍频及滤波单元后进入另一个一级混频，另两光电探测器另一路输出的③和④两个光信号分别直接进入另一个一级混频;所述四个电学倍频及滤波单元中的两个电学倍频及滤波单元分别对①和③光信号作(P-1)倍的倍频处理，另两个电学倍频及滤波单元分别对②和④光信号作P倍的倍频处理，分别得到①X (p-1 )、?Xp、@X (P-1)和④X P四个倍频后的信号，将倍频后的①X (P-1)、②X P和未倍频的①和②光信号进入一级混频，一级混频将①X (P-1)与①、②Xp与②的光信号混频后，分别得到①-②和②X p-al X (p-1)两个混频的光信号;将倍频后的③X (p-1)、④X P和未倍频的③、④光信号进入另一个一级混频，另一个一级混频将③X (P-1)与③、④XP与④的光信号混频后，分别得到③-④和④XP-③X (P-1)两个混频的光信号，然后将①-②、②XP-①X (P-1)两个混频的光信号和③-④和④XP-③X (p-1)两个混频的光信号分别进入二级混频，经二级混频处理后分别得到(①-②)-(③-④)和[②Xp-①X (P-1)]-[④Xp-③X (P-1)]两个作为自适应双光梳光谱的补偿信号接入双光梳光谱数据处理单元;所述两个自适应双光梳光谱的补偿信号分别为(n-m) Afr和Afo+qAfr，其中:Afr为两台超短脉冲激光器的相对重复频率抖动;Afo为两台超短脉冲激光器的相对载波包络相位抖动;p、n和m均为正整数。
[0008]所述迈克尔逊干涉仪包括分束片或光纤耦合器、两个法拉第反射镜、延时晶体或延时光纤和带驱动的声光调制器，超短脉冲激光器的输出光经过分束片或光纤耦合器按功率比为I: I分成两束光，一束光直接经过第一法拉第反射镜反射，回到分束片或光纤親合器，另一束光先经过延时晶体或延时光纤，再经过带驱动的声光调制器，最后经过第二法拉第反射镜反射，依次经带驱动的声光调制器和延时晶体或延时光纤回到分束片或光纤耦合器，两束反射光在分束片或光纤親合器上合成一束从迈克尔逊干涉仪输出。
[0009]所述光学分束器为1:1分光比的半透半反镜片或光纤耦合器。
[0010]所述光学滤波器为允许特定波长的激光通过，隔绝其他波长激光通过的窄带滤波镜片、光纤光栅或光纤滤波器。
[0011 ]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0012]⑴、不需要窄线宽连续激光器以及连续激光器和脉冲激光器的光学拍频，因此避免了光学拍频信号的随机抖动，提高自适应双光梳光谱补偿系统的稳定性和可靠性。
[0013]⑵、采用两个独立的迈克尔逊干涉仪分别测量两台超短脉冲激光器的频率抖动，彼此之间无干扰，探测噪声低。
[0014]⑶、采用频域选择的方式，在两个不同的频率窗口相干探测脉冲的拍频信号，通过灵活选择频率间隔和窗口大小，能降低频域噪声，提高探测灵敏度。
[0015]⑷、迈克尔逊干涉仪中加入带驱动的声光调制器，将拍频信号的中心频率偏移到声光调制器的中心频率，降低零频附近的噪声。
[0016](5)、无需额外建立负反馈电路补偿信号的飘移，不会引入电子线路噪声，能实现高精度的自适应双光梳光谱。
[0017](6)、采用自由运转的两台脉冲激光器和自适应控制技术就能实现双光梳光谱测量，无需对脉冲激光器进行重复频率或者载波包络相位的主动控制，系统简单，操作方便。
【附图说明】
[0018]图1为本发明结构不意图；
[0019]图2为空间结构的实施例结构示意图；
[0020]图3为光纤结构的实施例结构示意图；
[0021]图4为本发明具体运用不意图。
【具体实施方式】
[0022]参阅附图1，本发明由两个超短脉冲激光器1、两个迈克尔逊干涉仪2、两个光学分束器3、四个光学滤波器4、四个光电探测器5、四个电学倍频及滤波单元6、两个一级混频7、一个二级混频8和双光梳光谱数据处理单元9组成两补偿信号的光路，所述一超短脉冲激光器I的输出光入射到迈克尔逊干涉仪2，迈克尔逊干涉仪2中光程较长的干涉臂包含一个带驱动的声光调制器，调制频率为fa，迈克尔逊干涉仪2的输出光经过一光学分束器3，分别耦合到两光学滤波器4，采用两个光电探测器5分别测量滤波后的光学信号，探测到的信号分别记为①和②，①彳目号可以表不为2fa+A (nfrl+foi+2fa)，11为正整数，其中心频率在2fa，{目号的飘移包括超短脉冲激光器I的重复频率飘移Afrl、载波包络相位飘移Afo1和声光调制器驱动频率的飘移Afa，②信号可以表示为2fa+A(mfrl+fQ1+2fa)，m为正整数，其中心频率在2fa，信号的飘移包括超短脉冲激光器I的重复频率飘移、载波包络相位飘移和声光调制器驱动频率的飘移；另一超短脉冲激光器I的输出光入射到另一迈克尔逊干涉仪2，另一迈克尔逊干涉仪2中光程较长的干涉臂包含一个带驱动的声光调制器，调制频率为fb，另一迈克尔逊干涉仪2的输出光经另一光学分束器2，分别耦合到另两个光学滤波器4，采用另两个光电探测器4分别测量滤波后的光学信号，探测到的信号分别记为③和④，③信号可以表示为2fb+Λ(nfr2+fQ2+2fb)，η为正整数，其中心频率在2fb，信号的飘移包括另一超短脉冲激光器I的重复频率飘移Afr2、载波包络相位飘移Afo2和声光调制器驱动频率的飘移Afb，④信号可以表示为2fb+A (mfr2+fo2+2fb)，111为正整数，其中心频率在2fb，信号的飘移包括另一超短脉冲激光器I的重复频率飘移、载波包络相位飘移和声光调制器驱动频率的飘移;每个光电探测器5探测到的信号均平均分为两路，一路不倍频，一路采用电学倍频及滤波单元6分别对上述①、②、③和④信号作倍频处理，对①和③信号作(P-1)倍的倍频处理，P为正整数，对②和④信号作P倍的倍频处理，四个电学倍频及滤波单元6得到四个倍频后的信号，分别为①X (P-1)、②XP、③X (P-1)和④XP;采用两个一级混频7，对倍频后的信号及不倍频的信号作第一级混频处理，得到四个第一级混频后的信号，分别为:①-②=(n-m)Afrl、②Xp-① X (p-1) =2fa+Afoi+(pgm-pgn+n)Afri+2Afa、@-@= (n_m)Afr2、④ Xp-③ X (p-1)= 2fb+Afo2+(pgm-pgn+n)Afr2+2Afb;采用二级混频8对第一级混频后的信号作第二级混频处理，得到两个第二级混频后的信号，分别为:(①-②)_③-④)= (n-m)Afr、[②Xp-aX(p-1)]-[④Xp-③X (p-1)] = 2(fa-fb)+Afo+(pgm-pgn+n)Afr+2A(fa-fb) ； Afo+qAfr，上述两个信号实质上分别等于(n-m) Afr，Afo+qAfr，其中n、m和q为正整数，Afr为两台超短脉冲激光器I的相对重复频率抖动，Afo为两台超短脉冲激光器I的相对载波包络相位抖动，这两个信号就可以直接作为自适应双光梳光谱的补偿信号。其中，迈克尔逊干涉仪2包括分束片或光纤耦合器、第一法拉第反射镜、第二法拉第反射镜、延时晶体或者延时光纤和带驱动的声光调制器。所述脉冲激光器I的输出光经过分束片或光纤耦合器，按1:1的功率比分成两束光，一束光直接经过第一法拉第反射镜反射回到分束片或光纤耦合器，另一束光先经过延时晶体或者延时光纤，经带驱动的声光调制器和第二法拉第反射镜反射，再依次经过带驱动的声光调制器和延时晶体或者延时光纤，回到分束片或光纤耦合器，两束反射光在分束片或光纤親合器上合成一束从迈克尔逊干涉仪2输出。
[0023]下面以空间结构和光纤结构的自适应双光梳光谱补偿信号提取系统对本发明作进一步说明。
[0024]实施例1
[0025]参阅附图2，本发明由两个脉冲激光器11、12、两个迈克尔逊干涉仪21、22、两个光学分束器31、32、四个光学滤波器41、42、43、44、四个光电探测器51、52、53、54、四个电学倍频及滤波单元61、62、63、64、两个一级混频器71、72、一个二级混频器8和双光梳光谱数据处理单元9组成空间结构的自适应双光梳光谱补偿信号的提取系统。
[0026]所述超短脉冲激光器11的输出光入射到迈克尔逊干涉仪21，其中，迈克尔逊干涉仪21由分束片211、第一法拉第反射镜212、第二法拉第反射镜215、延时晶体213和带驱动的声光调制器214组成，调制频率为fa。超短脉冲激光器11的输出光经过分束片211按1:1的功率比分成两束光，一束光直接经过第一法拉第反射镜212反射回到分束片211，另一束光先经过延时晶体213和带驱动的声光调制器214，最后经过第二法拉第反射镜213反射，再依次经过带驱动的声光调制器214和延时晶体213后回到分束片211，两束反射光在分束片211上合成一束从迈克尔逊干涉仪21输出。
[0027]所述另一超短脉冲激光器12的输出光入射到另一迈克尔逊干涉仪22，其中，另一迈克尔逊干涉仪22由分束片221、第一法拉第反射镜222、第二法拉第反射镜225、延时晶体223和带驱动的声光调制器224组成，调制频率为fa。另一超短脉冲激光器12的输出光经过分束片221按1:1的功率比分成两束光，一束光直接经过第一法拉第反射镜222反射回到分束片221，另一束光先经过延时晶体223和带驱动的声光调制器224，最后经过第二法拉第反射镜225反射，再依次经过带驱动的声光调制器224和延时晶体223后回到分束片221，两束反射光在分束片221上合成一束从另一迈克尔逊干涉仪22输出。
[0028]所述迈克尔逊干涉仪21的输出光经过光学分束器31分别耦合到光学滤波器41和另一光学滤波器43，采用两个光电探测器51、53分别测量滤波后的光学信号，探测到的信号分别记为①、②，信号①可以表示为2fa+A(nfri+foi+2fa)，η为正整数，其中心频率在2fa，信号的飘移包括超短脉冲激光器11的重复频率飘移Afrl、载波包络相位飘移Afo1和声光调制器驱动频率的飘移Afa，信号②可以表示为2fa+A(mfrl+fQ1+2fa)，m为正整数，其中心频率在2fa，信号的飘移包括超短脉冲激光器11的重复频率飘移、载波包络相位飘移和声光调制器驱动频率的飘移。
[0029]所述另一迈克尔逊干涉仪22的输出光经过光学分束器32分别耦合到光学滤波器42和另一光学滤波器44，采用两个光电探测器52、54分别测量滤波后的光学信号，探测到的f目号分别记为③、④，?目号③可以表不为2fb + A(nfr2+f()2+2fb)，11为正整数，其中心频率在2fb，信号的飘移包括超短脉冲激光器21的重复频率飘移Afr2、载波包络相位飘移Afo2和声光调制器驱动频率的飘移Afb，信号④可以表示为2fb+Λ(mfr2+fQ2+2fb)，m为正整数，其中心频率在2fb，信号的飘移包括另一超短脉冲激光器12的重复频率飘移、载波包络相位飘移和声光调制器驱动频率的飘移。
[0030]将上述四个光电探测器51、52、53、54探测到的①、②、③和④信号按每个信号平均分为两路，一路不倍频，一路采用四个电学倍频及滤波单元61、62、63、64分别对上述①、②、③和④信号作倍频处理，对信号①和③作(P-1)倍的倍频处理，P为正整数，对信号②和④作P倍的倍频处理，得到四个倍频后的信号，分别为①X (P-1)、②Xp、③X (P-1)、④Xp;采用两个一级混频器71、72对倍频后的信号及不倍频的信号作第一级混频处理，得到四个第一级混频后的信号，分别为:①-②=(n-m) Afr1、②Xp-①X (p-1) =2fa+Afoi+(pgm-pgn+n)Afri+2Afa、③-④=(n-m) Afr2、④Xp-③X (p-1) = 2fb+Afo2+(pgm-pgn+n)Afr2+2Afb；采用一个二级混频器8，对第一级混频后的信号作第二级混频处理，得到两个第二级混频后
= 2(fa-fb)+Afo+(pgm-pgn+n)Afr+2A(fa-fb) ； Afo+qAfr，上述两个信号实质上分别等于(n-m) Afr，Af o+qAfr，其中n、m、q为正整数，Afr为两台超短脉冲激光器11、12的相对重复频率抖动，Afo为两台超短脉冲激光器11、12的相对载波包络相位抖动，这两个信号就可以直接作为自适应双光梳光谱的补偿信号接入双光梳光谱数据处理单元9。
[0031]实施例2
[0032]参阅附图3，本发明由两个脉冲激光器11、12、两个迈克尔逊干涉仪21、22、两个光学分束器31、32、四个光学滤波器41、42、43、45、四个光电探测器51、52、53、54、四个电学倍频及滤波单元61、62、63、64、两个一级混频器71、72和一个二级混频器8和双光梳光谱数据处理单元9组成光纤结构的自适应双光梳光谱补偿信号的提取系统。
[0033]所述超短脉冲激光器11的输出光入射到迈克尔逊干涉仪21，其中，迈克尔逊干涉仪由光纤耦合器211、第一法拉第反射镜212、第二法拉第反射镜215、延时光纤213和带驱动的声光调制器214组成，调制频率为fa。脉冲激光器11的输出光经过光纤耦合器211按1:1的功率比分成两束光，一束光直接经过第一法拉第反射镜212反射回到光纤耦合器211，另一束光先经过延时光纤213，再经过带驱动的声光调制器214，最后经过第二法拉第反射镜215反射，再依次经过带驱动的声光调制器214和延时光纤213回到光纤耦合器211，两束反射光在光纤耦合器211上合成一束从迈克尔逊干涉仪21输出。
[0034]所述迈克尔逊干涉仪21的输出光经过光学分束器31分别耦合到光学滤波器41和光学滤波器43，采用两个光电探测器51、53分别测量滤波后的光学信号，探测到的信号分别记为①、②，信号①可以表示为2fa+A(nfrl+fQ1+2fa)，n为正整数，其中心频率在2fa，信号的飘移包括超短脉冲激光器11的重复频率飘移Afrl、载波包络相位飘移Afo1和声光调制器驱动频率的飘移Afa，信号②可以表示为2fa+A(mfri+foi+2fa)，m为正整数，其中心频率在2fa，信号的飘移包括超短脉冲激光器11的重复频率飘移、载波包络相位飘移和声光调制器驱动频率的飘移。
[0035]所述另一超短脉冲激光器12的输出光入射到迈克尔逊干涉仪22，其中，迈克尔逊干涉仪22由光纤耦合器221、第一法拉第反射镜222、第二法拉第反射镜225、延时光纤223和带驱动的声光调制器224组成，调制频率为fb。另一超短脉冲激光器12的输出光经过光纤耦合器221按1:1的功率比分成两束光，一束光直接经过第一法拉第反射镜222反射回到光纤耦合器221，另一束光先经过延时光纤223，再经过带驱动的声光调制器224，最后经过第二法拉第反射镜225反射，再依次经过带驱动的声光调制器224和延时光纤223回到光纤耦合器221，两束反射光在光纤親合器221上合成一束从迈克尔逊干涉仪22输出。
[0036]所述另一迈克尔逊干涉仪22的输出光经过光学分束器32分别耦合到光学滤波器42和另一光学滤波器44，采用两个光电探测器52、54分别测量滤波后的光学信号，探测到的f目号分别记为③、④，?目号③可以表不为2fb + A(nfr2+f()2+2fb)，11为正整数，其中心频率在2fb，信号的飘移包括超短脉冲激光器12的重复频率飘移Afr2、载波包络相位飘移Afo2和声光调制器驱动频率的飘移Afb，信号④可以表示为2fb+Λ(mfr2+fQ2+2fb)，m为正整数，其中心频率在2fb，信号的飘移包括超短脉冲激光器12的重复频率飘移、载波包络相位飘移和声光调制器驱动频率的飘移。
[0037]将上述四个光电探测器51、52、53、54探测到的①、②、③和④信号按每个信号平均分为两路，一路不倍频，一路采用四个电学倍频及滤波单元61、2、63、64分别对上述①、②、③和④信号作倍频处理，对信号①和③作(P-1)倍的倍频处理，P为正整数，对信号②和④作P倍的倍频处理，得到四个倍频后的信号，分别为①X (P-1)、②Xp、③X (P-1)、④Xp;采用两个一级混频器71、72对倍频后的信号及不倍频的信号作第一级混频处理，得到四个第一级混频后的信号，分别为:①-②=(n-m) Afr1、②Xp-①X (p-1) =2fa+Afoi+(pgm-pgn+n)Afri+2Afa、③-④=(n-m) Afr2、④Xp-③X (p-1) = 2fb+Afo2+(pgm-pgn+n)Afr2+2Afb；采用一个二级混频器8对第一级混频后的信号作第二级混频处理，得到两个第二级混频后
= 2(fa-fb)+Afo+(pgm-pgn+n)Afr+2A(fa-fb) ； Afo+qAfr，上述两个信号实质上分别等于(n-m) Afr，Af o+qAfr，其中n、m、q为正整数，Afr为两台超短脉冲激光器11、21的相对重复频率抖动，Afo为两台超短脉冲激光器11、21的相对载波包络相位抖动，这两个信号就可以直接作为自适应双光梳光谱的补偿信号接入双光梳光谱数据处理单元9。
[0038]实施例3
[0039]参阅附图4，本发明由两个脉冲激光器11、12、样品池10、干涉信号探测模块14、两个迈克尔逊干涉仪21、22、两个光学分束器31、32、四个光学滤波器41、42、43、44、四个光电探测器51、52、53、54、四个电学倍频及滤波单元61、62、63、64、两个一级混频器71、72、一个二级混频器8、自适应双光梳光谱系统数据处理单元9和光谱测量结果输出模块13组成。
[0040]所述超短脉冲激光器11的输出分为两路，一路直接入射到样品池10，另一路入射到迈克尔逊干涉仪21，其中，迈克尔逊干涉仪由分束片211、第一法拉第反射镜212、第二法拉第反射镜215、延时晶体213和带驱动的声光调制器214组成，调制频率为fa。超短脉冲激光器11的输出光经过分束片211按1:1的功率比分成两束光，一束光直接经过第一法拉第反射镜212反射回到分束片211，另一束光先经过延时晶体213，再经过带驱动的声光调制器214，最后经过第二法拉第反射镜215反射，再依次经过带驱动的声光调制器214和延时晶体213回到分束片211，两束反射光在分束片211上合成一束，从迈克尔逊干涉仪21输出。
[0041]所述另一超短脉冲激光器12的输出光入射到另一迈克尔逊干涉仪22，其中，另一迈克尔逊干涉仪22由分束片221、第一法拉第反射镜222、第二法拉第反射镜225、延时晶体223和带驱动的声光调制器224组成，调制频率为fb。另一超短脉冲激光器21的输出光经过分束片221按1:1的功率比分成两束光，一束光直接经过第一法拉第反射镜222反射回到分束片221，另一束光先经过延时晶体223，再经过带驱动的声光调制器224，最后经过第二法拉第反射镜225反射，再依次经过带驱动的声光调制器224和延时晶体223回到分束片221，两束反射光在分束片221上合成一束从另一迈克尔逊干涉仪22输出。
[0042]所述迈克尔逊干涉仪21的输出光经过光学分束器31分别耦合到光学滤波器41和另一光学滤波器43，采用两个光电探测器51、53分别测量滤波后的光学信号，探测到的信号分别记为①、②，信号①可以表示为2fa+A(nfri+foi+2fa)，η为正整数，其中心频率在2fa，信号的飘移包括超短脉冲激光器11的重复频率飘移Afrl、载波包络相位飘移Afo1和声光调制器驱动频率的飘移Afa，信号②可以表示为2fa+A(mfrl+fQ1+2fa)，m为正整数，其中心频率在2fa，信号的飘移包括超短脉冲激光器11的重复频率飘移、载波包络相位飘移和声光调制器驱动频率的飘移。
[0043]所述另一迈克尔逊干涉仪22的输出光经过光学分束器32分别耦合到光学滤波器42和另一光学滤波器44，采用两个光电探测器52、54分别测量滤波后的光学信号，探测到的f目号分别记为③、④，?目号③可以表不为2fb + A(nfr2+f()2+2fb)，11为正整数，其中心频率在2fb，信号的飘移包括超短脉冲激光器21的重复频率飘移Afr2、载波包络相位飘移Afo2和声光调制器驱动频率的飘移Afb，信号④可以表示为2fb+Λ(mfr2+fQ2+2fb)，m为正整数，其中心频率在2fb，信号的飘移包括另一超短脉冲激光器12的重复频率飘移、载波包络相位飘移和声光调制器驱动频率的飘移。
[0044]将上述四个光电探测器51、52、53、54探测到的①、②、③和④信号按每个信号平均分为两路，一路不倍频，一路采用四个电学倍频及滤波单元61、2、63、64分别对上述①、②、③和④信号作倍频处理，对信号①和③作(P-1)倍的倍频处理，P为正整数，对信号②和④作P倍的倍频处理，得到四个倍频后的信号，分别为①X (P-1)、②Xp、③X (P-1)、④Xp;采用两个一级混频器71、72对倍频后的信号及不倍频的信号作第一级混频处理，得到四个第一级混频后的信号，分别为:①-②=(n-m) Afr1、②Xp-①X (p-1) =2fa+Afoi+(pgm-pgn+n)Afri+2Afa、③-④=(n-m) Afr2、④Xp-③X (p-1) = 2fb+Afo2+(pgm-pgn+n)Afr2+2Afb；采用二级混频器8对第一级混频后的信号作第二级混频处理，得到两个第二级混频后的信
(fa-fb)+Afo+(pgm-pgn+n)Afr+2A(fa-fb) ； Afo+qAfr，上述两个信号实质上分别等于(n-m)Afr，Afo+qAfr,其中n、m、q为正整数，Afr为两台超短脉冲激光器11、12的相对重复频率抖动，Af ο为两台超短脉冲激光器11、12的相对载波包络相位抖动，这两个信号就可以直接作为自适应双光梳光谱的补偿信号接入双光梳光谱数据处理单元9。
[0045]本发明是这样对样品进行光谱测量的:将超短脉冲激光器11和另一超短脉冲激光器12两束光入射到样品池10中照射待测样品，然后两束入射光合为一束入射到干涉信号探测模块14，干涉信号探测模块14测量到两超短脉冲激光器11、12的干涉信号，将该干涉信号输入到自适应双光梳光谱系统数据处理单元9，自适应双光梳光谱系统数据处理单元9有三个输入信号，该三个输入信号分别表征为两台脉冲激光器11、12相对重复频率抖动的补偿信号、相对载波包络相位抖动的补偿信号和经过样品池10后的干涉信号，自适应双光梳光谱系统数据处理单元9通过采用表征两台脉冲激光器11、12相对重复频率抖动的补偿信号作为异步时钟采样信号，采用表征两台脉冲激光器11、12相对载波包络相位抖动的补偿信号与两台脉冲激光器11、12经过样品池10后的干涉信号混频的方法，分别消除两台脉冲激光器11、12相对重复频率和相对载波包络相位抖动对光谱测量的影响，获得高精度的光谱测量结果，最后通过光谱测量结果输出模块13将测量数据输出。
[0046]以上只是对本发明作进一步的说明，并非用以限制本专利的实施应用，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。
【主权项】
1.一种自适应双光梳光谱补偿信号提取方法，包括超短脉冲激光器、光电探测器、电学倍频及滤波单元和双光梳光谱数据处理单元，其特征在于采用两个独立的迈克尔逊干涉仪分别测量两台超短脉冲激光器的频率抖动，然后将两迈克尔逊干涉仪的输出光分别进入两光学分束器，两光学分束器将输出光分别親合到四个光学滤波器，滤波后的四个光信号分别由四个光电探测器进行探测，每个光电探测器将探测的光信号平均分为两路输出，一路输出光经电学倍频及滤波单元后与另一路输出光依次分别进入一级混频和二级混频，然后将二级混频处理后的光信号作为自适应双光梳光谱的补偿信号接入双光梳光谱数据处理单元。2.根据权利要求1所述自适应双光梳光谱补偿信号提取方法，其特征在于所述每个光电探测器将探测到的光信号平均分为两路输出为四个光电探测器分别探测得到①、②、③和④四个光信号，每个光信号平均分为两路输出，两光电探测器一路输出的①和②两个光信号分别经两个电学倍频及滤波单元后进入一级混频，两光电探测器另一路输出的①和②两个光信号分别直接进入一级混频;另两光电探测器一路输出的③和④两个光信号分别经另两个电学倍频及滤波单元后进入另一个一级混频，另两光电探测器另一路输出的③和④两个光信号分别直接进入另一个一级混频;所述四个电学倍频及滤波单元中的两个电学倍频及滤波单元分别对①和③光信号作(P-1)倍的倍频处理，另两个电学倍频及滤波单元分别对②和④光信号作P倍的倍频处理，分别得到①X (P-1 )、②X P、③X (P-1)和④X P四个倍频后的信号，将倍频后的①X (P-1)、②Xp和未倍频的①和②光信号进入一级混频，一级混频将①X (p-1)与①、②X P与②的光信号混频后，分别得到①-②和②X p-al X (p-1)两个混频的光信号;将倍频后的③X (P-1)、④Xp和未倍频的③、④光信号进入另一个一级混频，另一个一级混频将③X (P-1)与③、④Xp与④的光信号混频后，分别得到③-④和④XP-③X (P-1)两个混频的光信号，然后将①-②、②XP-①X (P-1)两个混频的光信号和③-④和④Xp-③X (P-1)两个混频的光信号分别进入二级混频，经二级混频处理后分别得到(①-②)-(③-④)和[②Xp-①X (P-1)]-[④Xp-③X (P-1)]两个作为自适应双光梳光谱的补偿信号接入双光梳光谱数据处理单元;所述两个自适应双光梳光谱的补偿信号分别为(n-m)Afr和Afo+qAfr，其中:Afr为两台超短脉冲激光器的相对重复频率抖动；Afo为两台超短脉冲激光器的相对载波包络相位抖动;P、n和m均为正整数。3.根据权利要求1所述自适应双光梳光谱补偿信号提取方法，其特征在于所述迈克尔逊干涉仪包括分束片或光纤耦合器、两个法拉第反射镜、延时晶体或延时光纤和带驱动的声光调制器，超短脉冲激光器的输出光经过分束片或光纤耦合器按功率比为1:1分成两束光，一束光直接经过第一法拉第反射镜反射，回到分束片或光纤耦合器，另一束光先经过延时晶体或延时光纤，再经过带驱动的声光调制器，最后经过第二法拉第反射镜反射，依次经带驱动的声光调制器和延时晶体或延时光纤回到分束片或光纤耦合器，两束反射光在分束片或光纤耦合器上合成一束从迈克尔逊干涉仪输出。4.根据权利要求1所述自适应双光梳光谱补偿信号提取方法，其特征在于所述光学分束器为I: I分光比的半透半反镜片或光纤耦合器。5.根据权利要求1所述自适应双光梳光谱补偿信号提取方法，其特征在于所述光学滤波器为允许特定波长的激光通过，隔绝其他波长激光通过的窄带滤波镜片、光纤光栅或光纤滤波器。
【文档编号】G01J3/45GK105823559SQ201610308996
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】曾和平, 杨康文, 郝强
【申请人】上海朗研光电科技有限公司