一种基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统，天文学光学频率梳系统包括：光纤激光器模块，其输出高重复频率锁模脉冲激光；脉冲重复频率锁定模块，其与光纤激光器模块形成环路，脉冲重复频率锁定模块对脉冲激光进行锁定；频率与功率调节模块，其输入端与光纤激光器模块的输出连接，频率与功率调节模块提高种子光重复频率并放大功率；载波包络零频锁定模块，其与光纤激光器模块、频率与功率调节模块形成环路，载波包络零锁定模块用于对脉冲激光的载波包络零频进行锁定；和光谱展宽模块，其与频率与功率调节模块的输出端连接，光谱展宽模块对输出脉冲的光谱进行展宽，输出可用于标定天文学光谱仪的光学频率梳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超快光学
，具体是涉及一种基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统。
技术介绍
激光技术的发展已经经历了半个多世纪，从固体激光器到光纤激光器，每一次技术的发展都为科学的进步提供了动力。近年来，随着飞秒激光脉冲技术的出现，激光技术的发展进入了全新的篇章，尤其是飞秒光学频率梳的出现，突破了已有的测量尺度，对精密测量领域的贡献是极为巨大的。所谓飞秒光学频率梳，是指通过锁定飞秒锁模脉冲激光的重复频率以及载波包络相位偏置频率，得到在时域上重复频率稳定的飞秒脉冲激光，与此同时，该激光脉冲在频域上就表征为一系列频率间隔稳定的频谱，类似于一把测量的尺子，可以直接用作对频率的精确测量，由此也被称之为光学频率梳。光学频率梳，作为一种有别于传统测量方法的新型测量技术，实现了光学频率与微波频率的直接连接，在精密光谱学研究、基本物理常数测量、光学频率计量、光学原子钟等前沿科学领域具有重要意义。光学频率梳产生的基本原理是锁模激光脉冲技术，锁模通常分为主动锁模和被动锁模。在光纤激光器中，常见的被动锁模有偏振旋转锁模、可饱和吸收锁模，主动锁模一般是在腔内加入声光或电光调制器，通过振幅或相位调制实现锁模脉冲激光的输出。与主动锁模技术相比，被动锁模方式受到器件空间距离与腔内光纤长度的影响，重复频率的提升从而受到了一定的限制。而本专利技术中所涉及的谐波锁模技术，在一定程度上突破了这样一种限制。近年来，随着光学频率梳技术的进一步发展，其在天文学领域的巨大应用价值也逐渐被人们所发现，天文学家将光学频率梳输入高分辨率的天文光谱仪中作光学定标，通过这种高密度、高稳定的波长定标，可以将天文光谱仪的测量精度大大提高，这对天文学测量来说意义巨大，然而，高分辨率的天文学光谱仪对所需要的光学频率梳的重复频率有很高的要求，常规的光学频率梳不能达到这样的要求，因此为了匹配高分辨率天文光谱仪必须对其重复频率进行提高。目前，能应用于天文光谱仪的光学频率梳，多是基于固体激光器的传统方法实现光学频率梳。通过法布里—珀罗腔滤波技术，调节法布里—珀罗腔的腔长，对种子光的光学频率进行滤除，提高纵模间距，得到更高重复频率的光学频率梳，从而满足天文学光学频率梳的要求。然而，传统方法下基于固体飞秒激光器的光学频率梳系统，由众多机械和光学元件组成，且光束在自由空间传输，系统繁杂庞大，运行操作复杂，系统维护不易，且易受环境影响。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的不足之处，突破实现天文学光学频率梳的传统方法，提供了一种基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统。该技术不再完全依赖于法布里—珀罗腔滤波技术，而是利用光纤激光器的谐波锁模，直接提高种子光的重复频率，同时通过锁相环技术与载波包络零频锁定系统，对谐波锁模光纤激光器的重复频率和载波包络零频进行精确锁定，最后通过光纤放大器放大以及光谱展宽器展宽，提高光学频率梳的功率和光谱覆盖范围，使其能够直接应用于对部分天文学光谱仪的标定。本专利技术提出了一种基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统，所述天文学光学频率梳系统包括：光纤激光器模块，其输出高重复频率锁模脉冲激光；脉冲重复频率锁定模块，其与所述光纤激光器模块形成环路，所述脉冲重复频率锁定模块对所述脉冲激光进行锁定；频率与功率调节模块，其输入端与所述光纤激光器模块的输出连接，所述频率与功率调节模块提高种子光重复频率并放大功率；载波包络零频锁定模块，其与所述光纤激光器模块、所述频率与功率调节模块形成环路，所述载波包络零锁定模块用于对所述脉冲激光的载波包络零频进行锁定；和光谱展宽模块，其与所述频率与功率调节模块的输出端连接，所述光谱展宽模块对输出脉冲的光谱进行展宽，输出可用于标定天文学光谱仪的光学频率梳。本专利技术提出的所述基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统中，所述光纤激光器模块为设有增益光纤、压电陶瓷和色散调节器的半空间半光纤结构光纤激光器。本专利技术提出的所述基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统中，所述光纤激光器模块为设有增益光纤、压电陶瓷和色散调节器的全光纤结构光纤激光器。本专利技术提出的所述基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统中，所述色散调节器是光栅、棱镜或光纤，所述色散调节器用于调节腔内色散，使所述脉冲激光达到能够形成谐波锁模的负色散状态。本专利技术提出的所述基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统中，所述增益光纤包括掺铒光纤、掺镱光纤。本专利技术提出的所述基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统中，所述频率与功率调节模块为光纤放大器，或由光纤放大器与至少一级F—P腔级联组成。本专利技术提出的所述基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统中，所述光纤放大器是啁啾脉冲光纤放大器或自相似光纤放大器。本专利技术提出的所述基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统中，所述光谱展宽模块是由透镜，与光子晶体光纤或非线性晶体或非线性波导之一级联组成。本专利技术提出的所述基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统中，所述脉冲重复频率锁定模块由参考信号源、探测器、混频器、滤波放大电路组成，用以控制压电陶瓷从而进一步控制腔长，使获得的脉冲重复频率精确锁定。本专利技术提出的所述基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统中，所述载波包络零频锁定模块是f-2f频率锁定系统或2f-3f频率锁定系统。本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于谐波锁模直接产生高重复频率的锁模脉冲激光，通过对功率的放大、光谱的展宽和对频率的精确锁定，直接输出可以用于标定部分高精度天文学光谱仪的光学频率梳。基于本专利技术系统，加入F-P腔滤波，进一步提高光学频率梳的重复频率，也可用于标定其它对重复频率要求更高的天文学光谱仪。本专利技术结合高功率泵浦，通过控制腔内色散调节器，使谐振腔达到能够实现稳定谐波锁模的负色散状态，从而输出高重复频率的谐波锁模脉冲。本专利技术采用基于谐波锁模的光纤激器作为产生高重复频率的振荡级，系统结构简单，占用空间小，投入成本少，且方便维护系统。本专利技术采用基于谐波锁模的光纤激光器作为产生高重复频率的振荡级，突破了传统采用多级F-P腔提高脉冲激光重复频率的方法，使天文学光学频率梳系统更加集成化、便携化，且系统稳定性相较于基于固定激光器的天文学光学频率梳系统更好。本专利技术采用基于啁啾脉冲放大技术的光纤放大器或基于自相似放大技术的光纤放大器，可以在放大过程中调整激光的脉冲宽度，同时配合光谱展宽器对光谱进行展宽，从而获得质量更好的天文学光学频率梳。本专利技术基于光纤结构，系统结构紧凑，光学频率梳重复频率高，谐波锁模可以精确控制，谐波次数可调。附图说明图1为本专利技术基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统的结构示意图。图2为实施例1中采用半空间半光纤结构的天文学光学频率梳系统的结构图。图3为实施例2中采用全光纤结构的天文学光学频率梳系统的结构图。图4为实施例3中采用全光纤结构的天文学光学频率梳系统的结构图。具体实施方式结合以下具体实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明。实施本专利技术的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本专利技术没有特别限制内容。参阅图1，图1显示的是本专利技术天文学光学频率梳系统的结构示意图。本专利技术由光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统，其特征在于，所述天文学光学频率梳系统包括：光纤激光器模块，其输出高重复频率锁模脉冲激光；脉冲重复频率锁定模块，其与所述光纤激光器模块形成环路，所述脉冲重复频率锁定模块对所述脉冲激光进行锁定；频率与功率调节模块，其输入端与所述光纤激光器模块的输出连接，所述频率与功率调节模块提高种子光重复频率并放大功率；载波包络零频锁定模块，其与所述光纤激光器模块、所述频率与功率调节模块形成环路，所述载波包络零锁定模块用于对所述脉冲激光的载波包络零频进行锁定；和光谱展宽模块，其与所述频率与功率调节模块的输出端连接，所述光谱展宽模块对输出脉冲的光谱进行展宽，输出可用于标定天文学光谱仪的光学频率梳。

【技术特征摘要】
1.一种基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统，其特征在于，所述天文学光学频率梳系统包括：光纤激光器模块，其输出高重复频率锁模脉冲激光；脉冲重复频率锁定模块，其与所述光纤激光器模块形成环路，所述脉冲重复频率锁定模块对所述脉冲激光进行锁定；频率与功率调节模块，其输入端与所述光纤激光器模块的输出连接，所述频率与功率调节模块提高种子光重复频率并放大功率；载波包络零频锁定模块，其与所述光纤激光器模块、所述频率与功率调节模块形成环路，所述载波包络零锁定模块用于对所述脉冲激光的载波包络零频进行锁定；和光谱展宽模块，其与所述频率与功率调节模块的输出端连接，所述光谱展宽模块对输出脉冲的光谱进行展宽，输出可用于标定天文学光谱仪的光学频率梳。2.根据权利要求1所述的基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统，其特征在于，所述光纤激光器模块为设有增益光纤、压电陶瓷和色散调节器的半空间半光纤结构光纤激光器。3.根据权利要求1所述的基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统，其特征在于，所述光纤激光器模块为设有增益光纤、压电陶瓷和色散调节器的全光纤结构光纤激光器。4.根据权利要求2或3所述的基于谐波锁模光纤激光器的天文学光学频率梳系统，其特征在于：所述色散调...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志伟，李文雪，王超，刘洋，曾和平，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31