一种重复频率可宽带调谐的光频参考光纤飞秒光频梳制造技术

一种具有重复频率可宽带调谐的光频参考光纤飞秒光频梳，包括基于混合锁模的重复频率可宽带调谐掺饵光纤飞秒激光器、基于压电陶瓷的参考激光锁定系统、基于泵浦电流的参考激光锁定系统、计算机控制系统以及温控系统；掺饵光纤激光器为环形腔结构，腔内加入电控光学延迟线，激光器的重复频率可以实现宽带连续调谐；为实现光频参考的飞秒脉冲输出，采用快速、慢速压电陶瓷、泵浦电流调制协同控制飞秒激光与两台参考激光的拍频，设计了易于使用的快速压电陶瓷固定结构，并设计温控箱以利于获得稳定拍频；本发明专利技术飞秒激光器具有光频参考输出、重复频率可宽带调谐、稳定性好、体积小巧等优势，具有在工业环境中应用的潜力。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种具有重复频率可宽带调谐的光频参考光纤飞秒光频梳，包括基于混合锁模的重复频率可宽带调谐掺饵光纤飞秒激光器、基于压电陶瓷的参考激光锁定系统、基于泵浦电流的参考激光锁定系统、计算机控制系统以及温控系统；掺饵光纤激光器为环形腔结构，腔内加入电控光学延迟线，激光器的重复频率可以实现宽带连续调谐；为实现光频参考的飞秒脉冲输出，采用快速、慢速压电陶瓷、泵浦电流调制协同控制飞秒激光与两台参考激光的拍频，设计了易于使用的快速压电陶瓷固定结构，并设计温控箱以利于获得稳定拍频；本专利技术飞秒激光器具有光频参考输出、重复频率可宽带调谐、稳定性好、体积小巧等优势，具有在工业环境中应用的潜力。【专利说明】一种重复频率可宽带调谐的光频参考光纤飞秒光频梳
本专利技术属于测量
，特别涉及一种重复频率可宽带调谐的光频参考光纤飞秒光频梳。
技术介绍
双光频梳测量系统以两台具有一定重复频率差异的飞秒激光器为主体，在时域内实现异步光学采样，同时在频域内完成多外差并行测量，具有测速快、测量结果可溯源等优势。然而，双光频梳系统的测量优势严重依赖激光器性能。首先，频率稳定性在双光频梳测量指标中起决定作用。目前，商用光频梳的输出激光频率大多直接参考于射频基准，此类激光系统可完成激光绝对频率测量，但难以保证双光频梳高精度测量。采用光频参考可有效抑制光学纵模的相位噪声，提高光频梳的相干性。2005年，Hudson等人在激光腔内加入电光调制晶体用于快速伺服反馈，使飞秒激光溯源至稳频激光。2006年，Swann等人利用快、慢压电陶瓷协同控制同样实现了光频参考的飞秒激光。以上两种方法中，电光调制晶体的插入损耗比较大，并且难以实现锁模，不利于实验室外应用。压电陶瓷成本更低，更易使用，但所用固定方式较为繁琐。其次，双光频梳系统需要两台重复频率接近的飞秒激光器。已报导的方案借助了光学频域反射计来指示激光腔长，而实际操作受光纤剪切长度限制会带来诸多不便。2004年,Washburn等和Hundertmark等人在激光腔内加入光学延迟线，使重复频率可连续调谐，但调谐范围依然有限。最后，飞秒光纤激光器锁模稳定性影响系统工作效率。常用锁模机制包括非线性偏振旋转和可饱和吸收;前者易锁模自启动，后者输出光谱宽。基于两者的混合锁模机制综合了各自优点，可提高光源输出稳定性。但有效结合需要优化栗浦功率并对光纤激光腔进行色散管理。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种重复频率可宽带调谐的光频参考光纤飞秒光频梳，首先，通过偏频锁定方式，使用压电陶瓷伺服环路将光纤飞秒激光器某一纵模锁定至第一参考激光器;在环路中，快速、慢速压电陶瓷粘附光纤，快速压电陶瓷用于抑制锁定拍频的高频噪声，慢速压电陶瓷用于补偿拍频漂移；同时使用栗浦电流伺服环路将光纤飞秒激光器另一纵模锁定至第二参考激光器，从而实现完全光频参考的光纤飞秒光频梳。设计了快速压电陶瓷的固定结构;为获得稳定待锁定信号，光纤激光腔放置于温控箱内；其次，激光腔内加入电控光学延迟线，一方面可以大范围调节激光腔长，另一方面可在上述慢速压电陶瓷基础上补偿拍频甚长期漂移;最后，对光纤腔长进行色散管理并调节栗浦功率，实现混合锁模有效结合，提高激光器输出稳定性。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是:—种重复频率可宽带调谐的光频参考光纤飞秒光频梳，包括基于混合锁模的重复频率可宽带调谐掺饵光纤飞秒激光器、基于压电陶瓷的参考激光锁定系统、基于栗浦电流的参考激光锁定系统、计算机控制系统以及温控系统，其中:所述基于混合锁模的重复频率可宽带调谐掺饵光纤飞秒激光器置于温控箱内，包括由依次设置在栗浦源I输出光路上的波分复用器201、掺饵光纤202、可饱和吸收体203、光隔离器204、单模光纤205、慢速压电陶瓷206、快速压电陶瓷207以及电控光学延迟线连接起来组成的环形激光腔，在电控光学延迟线中，设置用于寻找最优偏振状态从而实现锁模的非线性偏振旋转器件，锁模激光以空间光输出，并设置光纤准直器215耦合至光纤用于基于压电陶瓷的参考激光锁定系统和应用；所述基于压电陶瓷的参考激光锁定系统包括合并所述飞秒激光器和第一参考激光器301输出的光纤耦合器一 302，光纤耦合器一 302输出连接光电平衡探测器一 303将光信号转换为电信号，所述电信号经带通滤波器一 304、功率分配器一 305、功功率放大器一 306后作为待锁定信号输入至数字鉴相器一 307，数字鉴相器一 307的参考信号由参考于铷钟308的频率综合器一 309提供，数字鉴相器一 307的输出分为两路分别连接快速和慢速控制链路，其中，慢速控制链路包括第一比例积分器310和第一高压驱动器311，输出高压信号用于控制慢速压电陶瓷206;快速控制链路包括第二比例积分器312和第二高压驱动器313，输出高压信号用于控制快速压电陶瓷207，快速和慢速控制链路保证飞秒激光与第一参考激光器长时间相位锁定；所述基于栗浦电流的参考激光锁定系统包括合并所述飞秒激光器和第二参考激光器401输出的光纤耦合器二402，光纤耦合器二402输出连接光电平衡探测器二403将光信号转换为电信号，所述电信号经带通滤波器二404、功率分配器二405、功率放大器二 406后作为待锁定信号输入至数字鉴相器二 407，数字鉴相器二 407的参考信号由参考于铷钟308的频率综合器二408提供，数字鉴相器二407的输出误差信号，经第三比例积分器409和栗浦源驱动器410，输出高压信号用于控制栗浦源I，保证飞秒激光与第二参考激光器相位锁定；所述计算机控制系统包括数据采集卡501和计算机502，所述数据采集卡501将第一比例积分器310输出电压数字化，采集电压送至计算机502，通过判断电平控制光学延迟线中电控位移台210;所述温控系统包括温控器6，用于保证温控箱内温度保持恒定。所述波分复用器201将栗浦源I耦合到环形激光腔中，可饱和吸收体203利用对光强的非线性吸收效应实现自启动，光隔离器204保证腔内光束沿单方向传播。所述非线性偏振旋转器件由依次设置在光路上的第一1/4波片211、1/2波片212、偏振分光棱镜213和第二 1/4波片214组成，通过旋转波片寻找最优偏振状态从而实现锁模，锁模激光通过偏振分光棱镜213以空间光输出。所述单模光纤205在预拉伸状态下，粘附在快速压电陶瓷206和慢速压电陶瓷207。所述光纤准直器215接收到飞秒脉冲与第一参考激光器301的输出光在光纤耦合器一 302中合并，光纤耦合器一 302输出端接入光电平衡探测器一 303，获得高信噪比待锁定拍频信号，减少共模噪声。所述数字鉴相器一307将误差信号分为两路，一路直接输出，用于快速伺服控制；另一路内置20kHz低通滤波器，减小了信号带宽，用于慢速伺服控制。所述快速控制链路中，第一比例积分器310根据误差信号输出反馈电压信号，第一高压驱动器311将反馈电压信号放大输出，驱动慢速压电陶瓷206，补偿拍频漂移，从而控制拍频信号长期稳定;所述慢速控制链路中，第二比例积分器312根据误差信号输出反馈电压信号，第二高压驱动器313将反馈电压信号放大输出，驱动快速压电陶瓷207，抑制拍频信号高频噪声，两链路共同保证飞秒激光与第一参考激光器长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重复频率可宽带调谐的光频参考光纤飞秒光频梳，其特征在于，包括基于混合锁模的重复频率可宽带调谐掺饵光纤飞秒激光器、基于压电陶瓷的参考激光锁定系统、基于泵浦电流的参考激光锁定系统、计算机控制系统以及温控系统，其中：所述基于混合锁模的重复频率可宽带调谐掺饵光纤飞秒激光器置于温控箱内，包括由依次设置在泵浦源(1)输出光路上的波分复用器(201)、掺饵光纤(202)、可饱和吸收体(203)、光隔离器(204)、单模光纤(205)、慢速压电陶瓷(206)、快速压电陶瓷(207)以及电控光学延迟线连接起来组成的环形激光腔，在电控光学延迟线中，设置用于寻找最优偏振状态从而实现锁模的非线性偏振旋转器件，锁模激光以空间光输出，并设置光纤准直器(215)耦合至光纤用于激光锁定和应用；所述基于压电陶瓷的参考激光锁定系统包括合并所述飞秒激光器和第一参考激光器(301)输出的光纤耦合器一(302)，光纤耦合器一(302)输出连接光电平衡探测器一(303)将光信号转换为电信号，所述电信号经带通滤波器一(304)、功率分配器一(305)、功功率放大器一(306)后作为待锁定信号输入至数字鉴相器一(307)，数字鉴相器一(307)的参考信号由参考于铷钟(308)的频率综合器一(309)提供，数字鉴相器一(307)的输出分为两路分别连接快速和慢速控制链路，其中，慢速控制链路包括第一比例积分器(310)和第一高压驱动器(311)，输出高压信号用于控制慢速压电陶瓷(206)；快速控制链路包括第二比例积分器(312)和第二高压驱动器(313)，输出高压信号用于控制快速压电陶瓷(207)，快速和慢速控制链路保证飞秒激光与第一参考激光器长时间相位锁定；所述基于泵浦电流的参考激光锁定系统包括合并所述飞秒激光器和第二参考激光器(401)输出的光纤耦合器二(402)，光纤耦合器二(402)输出连接光电平衡探测器二(403)将光信号转换为电信号，所述电信号经带通滤波器二(404)、功率分配器二(405)、功率放大器二(406)后作为待锁定信号输入至数字鉴相器二(407)，数字鉴相器二(407)的参考信号由参考于铷钟(308)的频率综合器二(408)提供，数字鉴相器二(407)的输出误差信号，经第三比例积分器(409)和泵浦源驱动器(410)，输出高压信号用于控制泵浦源(1)，保证飞秒激光与第二参考激光器(401)相位锁定；所述温控系统包括温控器(6)，用于保证温控箱内温度保持恒定；所述计算机控制系统包括数据采集卡(501)和计算机(502)，所述数据采集卡(501)将第一比例积分器(310)输出电压数字化，采集电压送至计算机(502)，通过判断电平控制光学延迟线中电控位移台(210)。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宏雷，杨丽君，李岩，尉昊赟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11