雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成方法與裝置的制造方法
【專利摘要】雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成方法與裝置屬于超快激光技術領域。本方法利用一臺穩頻激光器提供源激光，通過兩個串聯配置的聲光移頻器與兩個內部含有電光調制器的雙鏡諧振腔生成雙光學頻率梳,利用腔內的色散補償器件擴展所生成頻率梳的光譜范圍，由參考同一個頻率基準的兩臺雙通道信號發生器分別為聲光移頻器和電光調制器提供調制驅動信號，得到各梳齒外差干涉信號頻率呈等差數列分布的外差雙光學頻率梳，本發明還提供了一種雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成裝置；本方法生成的外差雙光學頻率梳具有光譜范圍大、頻率一致性好的特點，所提出的外差雙光學頻率梳生成裝置具有系統集成度高，結構簡單，成本低廉等優點。
【專利說明】
雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成方法與裝置
技術領域
[0001]本發明屬于超快激光技術，主要涉及一種基于雙鏡雙鏡諧振腔腔內調制及色散補償和串聯式雙聲光移頻的外差雙光學頻率梳生成方法與裝置。
【背景技術】
[0002]由于光學頻率梳具有在時域上表現為超短激光脈沖序列、在頻域上表現為梳狀等間隔多光譜的特性，使其在精密光譜分析、絕對距離測量、激光波長校準、時頻信號傳遞等領域得到了廣泛應用。
[0003]近年來，在精密光譜分析與絕對距離測量領域中，基于外差雙光學頻率梳的測量方法不斷發展，已經成為其各自領域中的重要研究方向。頻域方面，外差雙光學頻率梳之間各個梳齒的外差干涉信號呈等差數列分布，便于高精度的提取各個梳齒的干涉測量信息。時域方面，外差雙光學頻率梳之間各個脈沖的時間間隔周期性變化，其測量效果與脈沖掃描狀態一致，可大幅節約測量時間。
[0004]現有的外差雙光學頻率梳生成方法主要基于兩套飛秒頻率梳系統的互鎖定控制。但該方法中兩套飛秒頻率梳系統的頻率一致性受互鎖定控制精度限制，同時其實現裝置結構復雜、成本高，制約了精密光譜分析和絕對距離測量領域中基于外差雙光學頻率梳測量方法的進一步發展。另外，光學頻率梳的光譜范圍對上述領域的測量范圍與精度具有決定性作用。因此，亟需一種大光譜范圍、高頻率一致性、低成本的外差雙光學頻率梳生成方法與裝置。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是針對上述現有技術存在的問題，提出一種雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成方法與裝置，達到實現大光譜范圍、高頻率一致性、低成本的外差雙光學頻率梳生成的目的。
[0006]本發明的目的通過以下技術方案實現:
[0007]—種雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成方法，該方法步驟如下:
[0008](I)—個穩頻激光器的出射光頻率為VQ，所述出射光經過光學隔離器后輸入初級聲光調制移頻器，所述初級聲光調制移頻器的調制頻率值為，所述初級聲光調制移頻器輸出的O級和+1級移頻衍射光頻率值分別為Vo和vo+fi，所述初級聲光調制移頻器輸出的+1級移頻衍射光輸入一個雙鏡諧振腔，所述初級聲光調制移頻器輸出的O級移頻衍射光輸入次級聲光調制移頻器，所述次級聲光調制移頻器的調制頻率值為f2，所述次級聲光調制移頻器輸出的+1級移頻衍射光頻率值為vo+f2，所述次級聲光調制移頻器輸出的+1級移頻衍射光輸入另一個雙鏡諧振腔，兩個雙鏡諧振腔內各自含有的一個電光調制器的調制頻率分別為f3和f4，兩個雙鏡諧振腔內各自含有的一個色散補償器件分別補償激光在兩個雙鏡諧振腔內的色散，所述兩個雙鏡諧振腔分別輸出一束光學頻率梳，輸出的兩束光學頻率梳構成外差雙光學頻率梳；
[0009](2)上述外差雙光學頻率梳中兩束光學頻率梳的中心梳齒頻率分別為vo+fjPvo+f2，所述兩束光學頻率梳的中心梳齒頻率差值為I fl-f2 I，所述兩束光學頻率梳的中心梳齒頻率偏頻鎖定；
[0010](3)上述外差雙光學頻率梳中兩束光學頻率梳的重復頻率分別SfdPf4，所述兩束光學頻率梳的重復頻率差值為I f3-f4 I，所述兩束光學頻率梳的重復頻率異頻鎖定；
[0011 ] (4)上述外差雙光學頻率梳中兩束光學頻率梳第i階梳齒的頻率分別表示為vo+f#i Xf3和VQ+f2+i Xf4，所述兩束光學頻率梳第i階梳齒的外差干涉信號頻率為|f1-f2 |+i Xf3-f41，所述兩束光學頻率梳的中心梳齒頻率差值I f1-f21與重復頻率差值I f3-f41滿足I負-f2|>|i|x f 3-f 41，所述兩束光學頻率梳第i階梳齒的外差干涉信號頻率呈等差數列；
[0012](5)串聯配置的初級聲光調制移頻器和次級聲光調制移頻器的調制信號由同一臺雙通道信號發生器提供，上述兩個電光調制器的調制信號由另一臺雙通道信號發生器提供，兩臺雙通道信號發生器的參考頻率信號由同一個參考頻率振蕩器提供。
[0013]—種雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成裝置，在穩頻激光器的出射光路上依次配置光學隔離器和聲光調制移頻器A;在所述聲光調制移頻器A的+1級移頻衍射光路上配置反射鏡A，在反射鏡A的反射光路上配置雙鏡諧振腔A，所述雙鏡諧振腔A由前腔鏡
a、后腔鏡a和電光調制器A組成，在雙鏡諧振腔A內部配置色散補償器件A，所述反射鏡A的反射光依次通過前腔鏡a、電光調制器A、色散補償器件A和后腔鏡a;在所述聲光調制移頻器A的透射光路上配置聲光調制移頻器B，在所述聲光調制移頻器B的+1級移頻衍射光路上配置反射鏡B，在反射鏡B的反射光路上配置雙鏡諧振腔B，所述雙鏡諧振腔B由前腔鏡b、后腔鏡b和電光調制器B組成，在雙鏡諧振腔B內配置色散補償器件B，所述反射鏡B的反射光依次通過前腔鏡b、電光調制器B、色散補償器件B和后腔鏡b;參考頻率振蕩器與雙通道信號發生器
A、雙通道信號發生器B分別連接，所述雙通道信號發生器A與聲光調制移頻器A、聲光調制移頻器B分別連接，所述雙通道信號發生器B與電光調制器A、電光調制器B分別連接。
[0014]本發明具有以下特點及良好效果:
[0015](I)與現有的外差雙光學頻率梳生成方法相比，本發明利用一臺穩頻激光器為外差雙光學頻率梳的生成過程提供源激光，所生成的外差雙光學頻率梳頻率一致性好。
[0016](2)利用雙鏡諧振腔腔內調制式光學頻率梳生成方法與裝置簡化了外差雙光學頻率梳生成裝置的系統結構，降低了實現成本。
[0017](3)串聯式雙聲光移頻方法與裝置配合同步異頻驅動技術實現了外差雙光學頻率梳中心梳齒頻率的偏頻鎖定。
[0018](4)雙雙鏡諧振腔腔內相位調制方法與裝置配合同步異頻驅動技術實現了外差雙光學頻率梳重復頻率的異頻相互鎖定。
[0019](5)串聯式雙聲光移頻方法與裝置大幅提升了源激光的利用率。
[0020](6)雙鏡諧振腔由雙腔鏡構成，腔體結構簡單，抗環境振動干擾能力強，裝置穩定性高。
[0021](7)在諧振腔腔內配置色散補償器件，理論上可完全消除外差雙光學頻率梳在生成腔內的色散，實現最大的光譜范圍輸出。
【附圖說明】
[0022]圖1為雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成裝置結構示意圖。
[0023]圖中件號說明:I穩頻激光器、2光學隔離器、3聲光調制移頻器A、4聲光調制移頻器
B、5反射鏡A、6反射鏡B、7雙鏡諧振腔A、8前腔鏡a、9后腔鏡a、10雙鏡諧振腔匕11前腔鏡13、12后腔鏡b、13電光調制器A、14電光調制器B、15色散補償器件A、16色散補償器件B、17參考頻率振蕩器、18雙通道信號發生器A、19雙通道信號發生器B。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明具體實施例作進一步詳細描述。
[0025]—種雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成裝置，在穩頻激光器I的出射光路上依次配置光學隔離器2和聲光調制移頻器A3;在所述聲光調制移頻器A3的+ 1級移頻衍射光路上配置反射鏡A5，在反射鏡A5的反射光路上配置雙鏡諧振腔A7，所述雙鏡諧振腔A7由前腔鏡a8、后腔鏡a9和電光調制器A13組成，在雙鏡諧振腔A7內部配置色散補償器件A15，所述反射鏡A5的反射光依次通過前腔鏡a8、電光調制器A13、色散補償器件A15和后腔鏡a9;在所述聲光調制移頻器A3的透射光路上配置聲光調制移頻器B4，在所述聲光調制移頻器B4的+ 1級移頻衍射光路上配置反射鏡B6，在反射鏡B6的反射光路上配置雙鏡諧振腔B10，所述雙鏡諧振腔BlO由前腔鏡bll、后腔鏡bl2和電光調制器B14組成，在雙鏡諧振腔BlO內配置色散補償器件B16，所述反射鏡B6的反射光依次通過前腔鏡bll、電光調制器B14、色散補償器件B16和后腔鏡bl2;參考頻率振蕩器17與雙通道信號發生器A18、雙通道信號發生器B19分別連接，所述雙通道信號發生器A18與聲光調制移頻器A3、聲光調制移頻器B4分別連接，所述雙通道信號發生器B19與電光調制器A13、電光調制器B14分別連接。
[0026]所述的雙鏡諧振腔A7的前腔鏡a8、后腔鏡a9和雙鏡諧振腔BlO的前腔鏡bll、后腔鏡b 12包括平面鏡、凹面鏡和凸面鏡腔鏡類型。
[0027]所述的色散補償器件A15和色散補償器件B16包括光柵對、棱鏡對和色散補償光纖。
[0028]所述的電光調制器A13和電光調制器B14包括電光強度調制器和電光相位調制器。
[0029]所述的參考頻率振蕩器17包括原子鐘、晶體振蕩器、陶瓷振蕩器、電子振蕩器。
[0030]—種雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成方法，該方法步驟如下:
[0031](I)—個穩頻激光器的出射光頻率為vq，所述出射光經過光學隔離器后輸入初級聲光調制移頻器，所述初級聲光調制移頻器的調制頻率值為h，所述初級聲光調制移頻器輸出的O級和+1級移頻衍射光頻率值分別為VO和vo+fi，所述初級聲光調制移頻器輸出的+1級移頻衍射光輸入一個雙鏡諧振腔，所述初級聲光調制移頻器輸出的O級移頻衍射光輸入次級聲光調制移頻器，所述次級聲光調制移頻器的調制頻率值為f2，所述次級聲光調制移頻器輸出的+1級移頻衍射光頻率值為vo+f2，所述次級聲光調制移頻器輸出的+1級移頻衍射光輸入另一個雙鏡諧振腔，兩個雙鏡諧振腔內各自含有的一個電光調制器的調制頻率分別為f3和f4，兩個雙鏡諧振腔內各自含有的一個色散補償器件分別補償激光在兩個雙鏡諧振腔內的色散，所述兩個雙鏡諧振腔分別輸出一束光學頻率梳，輸出的兩束光學頻率梳構成外差雙光學頻率梳；
[0032](2)上述外差雙光學頻率梳中兩束光學頻率梳的中心梳齒頻率分別為vo+fjPvo+f2，所述兩束光學頻率梳的中心梳齒頻率差值為I fl-f2 I，所述兩束光學頻率梳的中心梳齒頻率偏頻鎖定；
[0033](3)上述外差雙光學頻率梳中兩束光學頻率梳的重復頻率分別為f3和f4，所述兩束光學頻率梳的重復頻率差值為I f3-f4 I，所述兩束光學頻率梳的重復頻率異頻鎖定；
[0034](4)上述外差雙光學頻率梳中兩束光學頻率梳第i階梳齒的頻率分別表示為vo+f!+i Xf3和VQ+f2+i Xf4，所述兩束光學頻率梳第i階梳齒的外差干涉信號頻率為|f1-f2 |+i Xf3-f41，所述兩束光學頻率梳的中心梳齒頻率差值I f1-f21與重復頻率差值I f3-f41滿足I負-f2|>|i|x f 3-f 41，所述兩束光學頻率梳第i階梳齒的外差干涉信號頻率呈等差數列；
[0035](5)串聯配置的初級聲光調制移頻器和次級聲光調制移頻器的調制信號由同一臺雙通道信號發生器提供，上述兩個電光調制器的調制信號由另一臺雙通道信號發生器提供，兩臺雙通道信號發生器的參考頻率信號由同一個參考頻率振蕩器提供。
[0036]所述初級聲光調制移頻器和次級聲光調制移頻器的其他級次移頻衍射光同樣可以實現上述步驟。
【主權項】
1.一種雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成方法，其特征在于:所述方法步驟如下: (1)一個穩頻激光器的出射光頻率為V0，所述出射光經過光學隔離器后輸入初級聲光調制移頻器，所述初級聲光調制移頻器的調制頻率值為A，所述初級聲光調制移頻器輸出的O級和+1級移頻衍射光頻率值分別為Vo和vo+f i，所述初級聲光調制移頻器輸出的+1級移頻衍射光輸入一個雙鏡諧振腔，所述初級聲光調制移頻器輸出的O級移頻衍射光輸入次級聲光調制移頻器，所述次級聲光調制移頻器的調制頻率值為f2，所述次級聲光調制移頻器輸出的+1級移頻衍射光頻率值為VQ+f2，所述次級聲光調制移頻器輸出的+1級移頻衍射光輸入另一個雙鏡諧振腔，兩個雙鏡諧振腔內各自含有的一個電光調制器的調制頻率分別為f3和f4，兩個雙鏡諧振腔內各自含有的一個色散補償器件分別補償激光在兩個雙鏡諧振腔內的色散，所述兩個雙鏡諧振腔分別輸出一束光學頻率梳，輸出的兩束光學頻率梳構成外差雙光學頻率梳； (2)上述外差雙光學頻率梳中兩束光學頻率梳的中心梳齒頻率分別為VQ+fdPV()+f2，所述兩束光學頻率梳的中心梳齒頻率差值為I f1-f21，所述兩束光學頻率梳的中心梳齒頻率偏頻鎖定； (3)上述外差雙光學頻率梳中兩束光學頻率梳的重復頻率分別為f3和f4，所述兩束光學頻率梳的重復頻率差值為I f3-f41，所述兩束光學頻率梳的重復頻率異頻鎖定； (4)上述外差雙光學頻率梳中兩束光學頻率梳第i階梳齒的頻率分別表示為vo+h+iXf3和V0+f2+i Xf4，所述兩束光學頻率梳第i階梳齒的外差干涉信號頻率為I f1-f2 I +i X I f3-f4 ，所述兩束光學頻率梳的中心梳齒頻率差值I fl-f2 I與重復頻率差值I f 3-f 4 I滿足I fl-f2 I >i| X f 3-f 4 I，所述兩束光學頻率梳第i階梳齒的外差干涉信號頻率呈等差數列； (5)串聯配置的初級聲光調制移頻器和次級聲光調制移頻器的調制信號由同一臺雙通道信號發生器提供，上述兩個電光調制器的調制信號由另一臺雙通道信號發生器提供，兩臺雙通道信號發生器的參考頻率信號由同一個參考頻率振蕩器提供。2.根據權利要求1所述的雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成方法，其特征在于:所述初級聲光調制移頻器和次級聲光調制移頻器的其他級次移頻衍射光同樣可以實現上述步驟。3.一種雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成裝置，在穩頻激光器(I)的出射光路上依次配置光學隔離器(2)和聲光調制移頻器A(3);其特征在于:在所述聲光調制移頻器A(3)的+1級移頻衍射光路上配置反射鏡A(5)，在反射鏡A(5)的反射光路上配置雙鏡諧振腔A(7)，所述雙鏡諧振腔A(7)由前腔鏡a(8 )、后腔鏡a(9)和電光調制器A(13)組成，在雙鏡諧振腔A(7)內部配置色散補償器件A(15)，所述反射鏡A(5)的反射光依次通過前腔鏡a(8)、電光調制器A(13)、色散補償器件A(15)和后腔鏡a(9);在所述聲光調制移頻器A(3)的透射光路上配置聲光調制移頻器B(4)，在所述聲光調制移頻器B(4)的+1級移頻衍射光路上配置反射鏡B(6)，在反射鏡B(6)的反射光路上配置雙鏡諧振腔B(1)，所述雙鏡諧振腔B(1)由前腔鏡b(ll)、后腔鏡b(12)和電光調制器B(14)組成，在雙鏡諧振腔B(1)內配置色散補償器件B(16)，所述反射鏡B(6)的反射光依次通過前腔鏡b(ll)、電光調制器B(14)、色散補償器件B(16)和后腔鏡b(12);參考頻率振蕩器(17)與雙通道信號發生器A(18)、雙通道信號發生器B(19)分別連接，所述雙通道信號發生器A(IS)與聲光調制移頻器A(3)、聲光調制移頻器B(4)分別連接，所述雙通道信號發生器B(19)與電光調制器A(13)、電光調制器B(14)分別連接。4.根據權利要求3所述的雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成裝置，其特征在于:所述的雙鏡諧振腔A(7)的前腔鏡a(8)、后腔鏡a(9)和雙鏡諧振腔B(1)的前腔鏡b(11)、后腔鏡b (12)包括平面鏡、凹面鏡和凸面鏡腔鏡類型。5.根據權利要求3所述的雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成裝置，其特征在于:所述的色散補償器件A(15)和色散補償器件B(16)包括光柵對、棱鏡對和色散補償光纖。6.根據權利要求3所述的雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成裝置，其特征在于:所述的電光調制器A(13)和電光調制器B(14)包括電光強度調制器和電光相位調制器。7.根據權利要求3所述的雙鏡諧振腔內色散補償和串聯移頻雙頻梳生成裝置，其特征在于:所述的參考頻率振蕩器(17)包括原子鐘、晶體振蕩器、陶瓷振蕩器、電子振蕩器。
【文檔編號】H01S3/106GK105914575SQ201610307906
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】楊睿韜, 譚久彬
【申請人】哈爾濱工業大學