用高功率光纤光学频率梳测量光频率的方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用高功率光纤光学频率梳测量光频率的方法及其装置，该方法采用锁模脉冲激光器作为光学频率梳种子源搭建高功率光纤光学频率梳，并将所述光学频率梳的载波包络相位信号锁定在零频；将此光学频率梳的输出光与待测连续激光进行拍频，通过外部加载的调制信号微调光学频率梳种子源脉冲的重复频率，获得多组对应于不同重复频率的拍频信号，从而实现所述待测连续激光频率的精确测量。本发明的优点是，装置结构稳定，测量过程简单，应用灵活。
【专利说明】用高功率光纤光学频率梳测量光频率的方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明属于激光科学与【技术领域】，具体涉及一种用高功率光纤光学频率梳测量光频率的方法及其装置。
【背景技术】
[0002]科学技术的发展需建立在精密实验测量的基础之上，光频率作为测量基准值，决定着其它许多物理量的准确度及定义。光学频率的精确测量意味着计量准确度的提高，不仅为许多基本物理常数的测定提供了更精密的时频基准，而且有利于发展更精确计时的以微波量子频标为核心的原子钟，提高全球定位系统的精度，构建信息高速公路。在信息科技日益发达的今天，高准确度频标的研究是关系经济发展、科技创新和国家安全的重要内容。
[0003]由于光频率在IO14Hz量级，较之微波频标高出了 5个数量级，目前不存在直接响应这一频段的光电探测器，故光频率的精确测量一直是科学工作者密切关注的课题。传统的基于谐波光频链与光频间隔内分(0FID)频率链的光频绝对测量方法，由于对参考频率源的要求较高，结构复杂，难以实现光频率高效、稳定的测量，同时，整个测量系统不方便维护，造价高。近几年，飞秒光学频率梳的发展为光频率的测量提供了有力工具，通常将光梳的输出光与待测单频激光进行拍频，间接计算出激光频率。但是，现有的光梳拍频方法要求光梳种子源工作在几百MHz甚至GHz的高重复频率，高重复频率光梳对器件要求高，系统稳定性受限，测量精度受限；其次，现有的光梳拍频方法没有测量出激光的绝对频率，直接读出光频需要二个光梳，或是配合使用波长计等测量仪器进行计算，这些无疑都为整个测量过程增添了不便因素。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种用高功率光纤光学频率梳测量光频率的方法及其装置，该方法通过采用锁模激光器作为光学频率梳种子源向外输出光梳脉冲序列，并通过连接光学频率梳控制模块以构建一台高功率光纤光学频率梳，将其载波包络相位漂移信号锁定在零频不变，并实现对光梳脉冲序列重复频率的锁定与调谐；用该光学频率梳的输出光与待测的单频连续激光拍频，通过外部加载的调制信号微调光学频率梳种子源脉冲的重复频率，可获得多组对应于不同重复频率的拍频信号，从而用一台光学频率梳即可精确测量出待测的单频连续激光的频率。
[0005]本发明目的实现由以下技术方案完成:
一种用高功率光纤光学频率梳测量光频率的方法，其特征在于所述方法采用锁模脉冲激光器作为光学频率梳种子源搭建高功率光纤光学频率梳，并将所述光学频率梳的载波包络相位信号锁定在零频；将此光学频率梳的输出光与待测连续激光进行拍频，通过外部加载的调制信号微调光学频率梳种子源脉冲的重复频率，获得多组对应于不同重复频率的拍频信号，从而实现所述待测连续激光频率的精确测量。
[0006]包括如下步骤:所述光学频率梳种子源的输出功率经激光功率放大模块放大后向光学频率梳控制模块提供光梳脉冲序列；
所述光学频率梳控制模块中的重复频率/;探测子模块将光梳脉冲序列中探测到的重复频率/;锁定到标准信号上，并将误差信号反馈至所述光学频率梳种子源内的压电陶瓷晶体；同时所述光学频率梳控制模块中的载波包络相位漂移频率A探测子模块将光梳脉冲序列中探测到的载波包络相位漂移频率作为声光频移器的驱动信号，并将光梳脉冲序列作为所述声光频移器的输入信号，即fin=mfr+f0,利用所述声光频移器中的声光频移晶体的一级衍射光作为输出光，把所述载波包络相位漂移频率抵消掉，以将光梳脉冲序列锁定在零频上输出，即光梳脉冲序列的频率为fcomb=mfr ；
通过所述光学频率梳控制模块输出的光梳脉冲序列经过光梳频谱展宽模块，获得从紫外到红外的宽输出频带，并与待测连续激光光源模块输出的所述待测连续激光一起入射到光学合束模块，经合束后共同传播至拍频探测模块中；
之后通过所述拍频探测模块中的光学滤波装置将所述光梳频谱展宽模块输出光谱中与所述待测连续激光波段相同的部分选取出来，并经其内的透镜聚焦至相应波段的信号探测器上进行拍频信号fbeat的探测，即所述待测连续激光的频率可表示为/；-，其中所述重复频率/；和拍频信号的值可直接读取；通过外部信号加载模块给所述光学频率梳种子源上的压电陶瓷晶体加载锯齿信号，从而微调所述光学频率梳种子源的激光腔的腔长获得新的重复频率/；,和相对应的新的拍频信号厂；确定所述待测连续激光的频率T1=Blf1Jlfbeat中的正负号，若该式中为正号，则此时F1=TBf1^fbeat=TBfr " + fbeat、可求得
【权利要求】
1.一种用高功率光纤光学频率梳测量光频率的方法，其特征在于所述方法采用锁模脉冲激光器作为光学频率梳种子源搭建高功率光纤光学频率梳，并将所述光学频率梳的载波包络相位信号锁定在零频；将此光学频率梳的输出光与待测连续激光进行拍频，通过外部加载的调制信号微调光学频率梳种子源脉冲的重复频率，获得多组对应于不同重复频率的拍频信号，从而实现所述待测连续激光频率的精确测量。
2.根据权利要求1所述的一种用高功率光纤光学频率梳测量光频率的方法，其特征在于包括如下步骤: 所述光学频率梳种子源的输出功率经激光功率放大模块放大后向光学频率梳控制模块提供光梳脉冲序列； 所述光学频率梳控制模块中的重复频率/；探测子模块将光梳脉冲序列中探测到的重复频率/；锁定到标准信号上，并将误差信号反馈至所述光学频率梳种子源内的压电陶瓷晶体；同时所述光学频率梳控制模块中的载波包络相位漂移频率A探测子模块将光梳脉冲序列中探测到的载波包络相位漂移频率作为声光频移器的驱动信号，并将光梳脉冲序列作为所述声光频移器的输入信号，即fin=mfr+f0,利用所述声光频移器中的声光频移晶体的一级衍射光作为输出光，把所述载波包络相位漂移频率抵消掉，以将光梳脉冲序列锁定在零频上输出，即光梳脉冲序列的频率为fcomb=mfr ； 通过所述光学频率梳控制模块输出的光梳脉冲序列经过光梳频谱展宽模块，获得从紫外到红外的宽输出频带，并与待测连续激光光源模块输出的所述待测连续激光一起入射到光学合束模块，经合束后共同传播至拍频探测模块中； 之后通过所述拍频探测模块中的光学滤波装置将所述光梳频谱展宽模块输出光谱中与所述待测连续激光波段相同的部分选取出来，并经其内的透镜聚焦至相应波段的信号探测器上进行拍频信号fbeat的探测，即所述待测连续激光的频率可表示为/；-，其中所述重复频率/；和拍频信号的值可直接读取；通过外部信号加载模块给所述光学频率梳种子源上的压电陶瓷晶体加载锯齿信号，从而微调所述光学频率梳种子源的激光腔的腔长获得新的重复频率/；,和相对应的新的拍频信号厂；确定所述待测连续激光的频率T1=Blf1Jlfbeat中的正负号，若该式中为正号，则此时F1=TBf1^fbeat=TBfr " + fbeat、可求得
3.根据权利要求2所述的一种用高功率光纤光学频率梳测量光频率的方法，其特征在于所述待测连续激光的频率中的正负号是通过如下步骤确定的:通过所述外部信号加载模块给所述光学频率梳种子源上的压电陶瓷晶体加载锯齿信号，从而微调所述激光腔的腔长，若当重复频率fr增大的时候拍频信号fbeat的值减小，当重复频率fr减小的时候拍频信号的值增大，则该式中为正号；若当重复频率/；增大的时候拍频信号的值增大，当重复频率/；减小的时候拍频信号的值减小，则该式中为负号。
4.一种用高功率光纤光学频率梳测量光频率的装置，其特征在于所述装置包括依次连接的光学频率梳种子源、激光功率放大模块、光学频率梳控制模块、光梳频谱展宽模块、光学合束模块、拍频探测模块以及信号读取模块，其中在所述光学频率梳种子源上设置有外部信号加载模块，所述光学合束模块上还连接有待测连续激光光源模块；所述光学频率梳控制模块由重复频率探测子模块、载波包络相位漂移频率探测子模块以及声光频移器组成，其中所述的重复频率fr探测子模块与所述光学频率梳种子源反馈连接，所述的载波包络相位漂移频率探测子模块与所述声光移频器连接；所述激光功率放大模块分别连接所述重复频率/；探测子模块和载波包络相位漂移频率探测子模块，所述声光频移器连接所述光梳频谱展宽模块。
5.根据权利要求4所述的一种用高功率光纤光学频率梳测量光频率的装置，其特征在于所述光学频率梳种子源是被动式锁模激光器或主动式锁模激光器，所述激光器的激光腔中设置有压电陶瓷晶体，所述压电陶瓷晶体与所述外部信号加载模块连接，以控制所述激光腔的腔长。
6.根据权利要求4所述的一种用高功率光纤光学频率梳测量光频率的装置，其特征在于所述光学合束模块为空间半透半反镜或光纤耦合器。
7.根据权利要求4所述的一种用高功率光纤光学频率梳测量光频率的装置，其特征在于所述拍频探测模块包括光学滤波装置和信号探测器。
8.根据权利要求4所述的一种用高功率光纤光学频率梳测量光频率的装置，其特征在于所述信号读取模块为快速傅里叶变换频谱分析仪，或为由电学滤波与数据采集卡组成的电学快速读取器件。
【文档编号】H01S3/098GK103794980SQ201410039424
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月27日 优先权日:2014年1月27日
【发明者】白东碧, 曾和平 申请人:华东师范大学