一种掺镱全光纤光学频率梳系统技术方案

本发明专利技术公开了一种掺镱全光纤光学频率梳系统，涉及频率梳测量技术领域。该系统利用掺镱全光纤环形腔锁模激光器实现了非线性偏振旋转下的锁模激光脉冲的输出，通过第一带隙光子晶体光纤实现对腔内的色散控制从而减少了腔内噪声。利用掺镱双胞层光纤放大器对锁模激光脉冲放大，并利用第二带隙光子晶体光纤实现对锁模激光脉冲宽度的压缩。压缩后的激光脉冲经过与光纤压缩器焊接的拉锥光子晶体光纤实现了倍频程超连续光谱的输出。该系统实现了整个掺镱光学频率梳系统的全光纤化，并能够对该光学频率梳的重复频率和初始频率进行锁定，该全光纤结构的光学频率梳提高了掺镱光学频率梳的稳定性和便携性。

【技术实现步骤摘要】
一种掺镱全光纤光学频率梳系统
本专利技术涉及频率梳测量
，具体涉及一种掺镱全光纤光学频率梳系统。
技术介绍
光学频率梳用于实现对光学频率极其精密的测量，其由锁模激光器产生，是一种超短脉冲激光。超短锁模光脉冲为一系列等间隔的光脉冲组成，这种光会在光谱上显示为一系列等间隔的光谱成分，从而构成一个光学频率梳。在这里，锁模激光器发射的光脉冲的两个特征为研制光学频率梳的关键。第一个特征是脉冲相位:包络相对于载波发生微小位移，导致脉冲发生细微变化，脉冲包络的峰值可以和对应的载波波峰同时出现，也可以偏移到载波的波峰同时出现，该偏移量称为脉冲相位。第二个特征为重复频率(频率间隔)，锁模激光器以重复频率发射脉冲序列，这种脉冲序列光的频谱不是以载波频率为中心向两边连续延展，而是形成许多离散的频率，这个频率分布很像梳齿，彼此间隔与激光器的重复频率精确相等。光学频率梳技术是目如超短脉冲激光科学最如沿的研究内容之一。基本的光学频率梳的通过如下过程如下实现:将激光器的输出或放大后的激光器输出的飞秒脉冲列耦合进入光子晶体光纤，利用光子晶体光纤实现倍频程的扩谱，然后将该光谱中的较长波长的光谱部分倍频，得到的倍频光与原光谱中相应的短波部分进行拍频得到载波相位频率信号。通过将重复频率和载波相位频率信号锁定实现整个光梳的锁定。光纤光学频率梳相对于固体光学频率梳有着体积小、耗能少、稳定性高和光束质量好能优点。光纤光学频率梳主要包括掺镱光纤光学频率梳和掺铒光纤光学频率梳，其中掺镱光纤光学频率梳相对于掺铒光学频率梳有着能量高，频率分量更接近可见光等优势。但是由于掺镱光纤的色散特性等原因导致已有的掺镱光学频率梳无法实现全光纤设计。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是:如何利用掺镱全光纤环形腔锁模激光器实现全光纤结构的光学频率梳。( 二 )技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种掺镱全光纤光学频率梳系统，该系统包括掺镱全光纤环形腔锁模激光器和光纤压缩器；所述掺镱全光纤环形腔锁模激光器包括用于补偿色散的第一带隙光子晶体光纤，所述光纤压缩器包括用于补偿色散的第二带隙光子晶体光纤。优选的，所述第一带隙光子晶体光纤和第二带隙光子晶体光纤均为空心的带隙光子晶体光纤或固态的带隙光子晶体光纤。优选的，所述系统还包括:与所述掺镱全光纤环形腔锁模激光器相连的光纤放大器，所述光纤放大器包括泵浦源、泵浦合束器和掺镱双胞层增益光纤，所述泵浦源与所述泵浦合束器的第一输入端相连，所述泵浦合束器的第二输入端与掺镱全光纤环形腔锁模激光器相连，所述泵浦合束器的输出端与所述掺镱双胞层增益光纤相连，用于放大由所述掺镱全光纤环形腔锁模激光器产生的锁模激光脉冲。优选的，所述光纤压缩器还包括偏振控制器，所述偏振控制器用于对所述第二带隙光子晶体光纤补偿色散后的脉冲进行偏振控制。优选的，所述系统还包括:与所述光纤压缩器相连的为拉锥光子晶体光纤，所述拉锥光子晶体光纤用于产生超连续谱。优选的，所述拉锥光子晶体光纤包括拉锥部分、两段过渡拉锥部分和两段未拉锥部分，所述两段过渡拉锥部分的第一端分别与所述拉锥部分的两端相连，所述两段过渡拉锥部分的第二端分别与所述两段未拉锥部分相连。优选的，所述拉锥光子晶体光纤的空气占空比为0.5?0.55，其中拉锥部分长度2?20cm，且光纤芯径1.7μπι ;所述两段过渡拉锥部分的长度均为2cm-5cm，且光纤芯径由4.5 μ m线性的渐变为1.5 μ m ;所述两段未拉锥部分的长度均为2-5cm，且光纤芯径为4.5 μ m0(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点:本专利技术提供了一种掺镱全光纤光学频率梳系统，利用掺镱全光纤环形腔锁模激光器实现了非线性偏振旋转下的锁模激光脉冲的输出，通过第一带隙光子晶体光纤实现对腔内的色散控制从而减少了腔内噪声。利用掺镱双胞层光纤放大器对锁模激光脉冲放大，并利用第二带隙光子晶体光纤实现对锁模激光脉冲宽度的压缩。压缩后的激光脉冲经过拉锥光子晶体光纤实现了倍频程超连续光谱的输出。该系统实现了整个掺镱光学频率梳系统的全光纤化，并能够对该光学频率梳的重复频率和初始频率进行锁定，该全光纤结构的光学频率梳提高了掺镱光学频率梳的稳定性和便携性。【附图说明】图1为本专利技术实施例提供的一种掺镱全光纤光学频率梳系统模块示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种掺镱全光纤光学频率梳系统结构示意图；图3为本专利技术实施方案中通过光纤放大器放大后利用带隙光子晶体光纤压缩后得到的脉冲的自相关图；图4为使用本专利技术实施的拉锥光子晶体光纤结构示意图；图5为本专利技术实施例中脉宽为lOOfs，峰值功率6kW的锁模激光经过拉锥光子晶体光纤后利用fiberdesk模拟的扩谱结果；图6为本专利技术实施例中脉宽为lOOfs，峰值功率6kW的锁模激光经过拉锥光子晶体光纤后实验的扩谱结果；图7为使用本专利技术实施的实验上掺镱全光纤光学频率梳系统中的超连续光谱获得的初始频率信号；其中，I单模泵浦源；2波分复用器；3增益光纤；4第一偏振控制器；5偏振分束器；6第二偏振控制器；7光纤式压电陶瓷；8第一带隙光子晶体光纤；9第一光纤隔离器；10第二光纤隔离器；11第一分束器；12泵浦源；13泵浦合束器；14掺镱双胞层光纤；15第三光纤隔离器；16第二分束器；17第二带隙光子晶体光纤；18第三偏振控制器；19拉锥光子晶体光纤；20倍频晶体；21雪崩二极管；22光电二极管；23重复频率锁定电路；24频率锁定电路；25外部微波频率源；26拉锥部分；27过渡拉锥部分；28未拉锥部分。【具体实施方式】下面结合附图，对专利技术的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供了一种掺镱全光纤光学频率梳系统，本专利技术以掺镱全光纤环形腔锁模激光器为源，利用具有特殊性质的第一带隙光子晶体光纤、第二光子晶体光纤和拉锥光子晶体光纤解决色散补偿和倍频程超连续谱的产生，并采用光子晶体光纤和普通光纤的低损耗焊接方式实现整个系统的全光纤化和一体化。该光学频率梳系统由光学系统和电学系统组成。光学系统为全光纤设计，主要包括全光纤的掺镱环形腔锁模激光器、光纤放大器、光纤压缩器、超连续谱产生模块和倍频模块。电学系统则主要包括初始频率和重复频率的锁定电路、泵浦驱动电路和微波频率源。图1为依照本专利技术实施方式的掺镱全光纤光学频率梳系统的模块框图。该掺镱全光纤光学频率梳系统的原理流程为:由掺镱全光纤环形腔锁模激光器实现锁模激光输出；输出光分为两部分，一部分被光电二极管转变成电信号，利用重复频率锁定电路将掺镱全光纤环形腔锁模激光器的重复频率锁定在外部的微波频率源上；另一部分光被光纤放大器放大至较高功率，放大后的激光经过光纤压缩器后将激光的脉宽压窄；压缩后的激光一部分用于超连续谱的产生，另一部分作为光学频率梳的输出；利用拉锥光子晶体光纤作为介质实现倍频程超连续谱的产生，作为超连续谱产生模块；倍频程超连续谱经过倍频系统时，其中的长波部分经过频率倍增与原有的短波部分实现拍频；拍频信号打到雪崩二极管上，实现初始频率信号的探测；初始频率信号被初始频率锁定电路锁定到外部频率源上。至此实现了掺镱全光纤光学频率梳的搭建和锁定，并实现了较高功率的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺镱全光纤光学频率梳系统，其特征在于，该系统包括掺镱全光纤环形腔锁模激光器和光纤压缩器；所述掺镱全光纤环形腔锁模激光器包括用于补偿色散的第一带隙光子晶体光纤，所述光纤压缩器包括用于补偿色散的第二带隙光子晶体光纤。

【技术特征摘要】
1.一种掺镱全光纤光学频率梳系统，其特征在于，该系统包括掺镱全光纤环形腔锁模激光器和光纤压缩器； 所述掺镱全光纤环形腔锁模激光器包括用于补偿色散的第一带隙光子晶体光纤，所述光纤压缩器包括用于补偿色散的第二带隙光子晶体光纤。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一带隙光子晶体光纤和第二带隙光子晶体光纤均为空心的带隙光子晶体光纤或固态的带隙光子晶体光纤。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括:与所述掺镱全光纤环形腔锁模激光器相连的光纤放大器，所述光纤放大器包括泵浦源、泵浦合束器和掺镱双胞层增益光纤； 所述泵浦源与所述泵浦合束器的第一输入端相连，所述泵浦合束器的第二输入端与掺镱全光纤环形腔锁模激光器相连，所述泵浦合束器的输出端与所述掺镱双胞层增益光纤相连，用于放大由所述掺镱全光纤环形腔锁模激光器产生的锁模激光脉冲。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱民，姜通晓，牛富增，张玮，张志刚，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11