基于光学频率梳的连续激光器光谱线宽测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光学频率梳的连续激光器光谱线宽测量装置，特点是该装置包括光学频率梳控制模块、光学频率梳种子源、光梳频谱展宽模块、连续激光发生源、光学合束模块、光学选频滤波模块、拍频探测模块及信号读取模块。精密控制的光学频率梳经过频域展宽，其输出光与连续激光发生源的输出光一起入射到光学合束模块，使出射的两束激光光斑重合，再一同入射到光学选频滤波模块，滤取出的两路激光通过拍频探测模块，整形光斑大小，将光斑集中于探测器上，相干合成为拍频信号，通过信号读取模块能够获得待测连续激光的输出光谱宽度。本发明专利技术结构稳定，测量过程快速简单，可实时获得一个或多个波长连续激光的输出线宽，应用性强。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于光学频率梳的连续激光器光谱线宽测量装置，特点是该装置包括光学频率梳控制模块、光学频率梳种子源、光梳频谱展宽模块、连续激光发生源、光学合束模块、光学选频滤波模块、拍频探测模块及信号读取模块。精密控制的光学频率梳经过频域展宽，其输出光与连续激光发生源的输出光一起入射到光学合束模块，使出射的两束激光光斑重合，再一同入射到光学选频滤波模块，滤取出的两路激光通过拍频探测模块，整形光斑大小，将光斑集中于探测器上，相干合成为拍频信号，通过信号读取模块能够获得待测连续激光的输出光谱宽度。本专利技术结构稳定，测量过程快速简单，可实时获得一个或多个波长连续激光的输出线宽，应用性强。【专利说明】基于光学频率梳的连续激光器光谱线宽测量装置
本专利技术涉及超快激光领域，具体是讲用精确控制的锁模激光器产生脉冲线宽较窄的稳定光学频率梳，再利用此光学频率梳与窄线宽连续激光器的输出光进行拍频，以实时测量线宽在KHz至MHz量级的连续激光器输出光谱线宽的一种快速有效的测量装置。
技术介绍
连续激光与脉冲激光作为激光
的两大分支，一直备受科学研究与生产生活各领域的从业人员的密切关注。一方面，基于原子跃迁谱线的超窄线宽连续激光可以为诸多超快激光技术提供频率标准参考，同时，新兴的窄线宽连续光纤激光器以其良好的噪声抑制特性、单纵模稳定度与结构紧凑的特点，被广泛应用于激光遥感、激光通信与激光雷达等
；另一方面，基于锁模脉冲序列的光学频率梳由于具有时域与频率的高度稳定性，可以用作高精度的频率“标尺”，为精密光谱测量与光梳测距等科学研究提供有力工具。光学频率梳技术与窄线宽连续激光控制技术相融合，不仅能够得到探测精度大幅提高的超窄线宽光学频率梳，而且可以实现光学频率传递，为小型光频原子钟技术及高精度微波原子钟技术打下基础。光学频率梳与连续激光相结合的技术之一是测量窄线宽连续激光的输出光谱宽度。针对已有的连续激光线宽测量方法，传统的反射光栅型的光谱分析仪与法布里-珀罗干涉仪的测量精度已不能满足现行连续激光技术中，激光器的_3dBm线宽一般在KHz量级的高精度要求。而且高精度的F-B腔结构稳定性差，对材料的热涨控制、外界温度控制、气流与机械抖动控制提出了苛刻要求。另外较为常用的延迟自外差法(DSHI)，在原理上需满足光纤的延迟时间不小于激光器相干时间的3倍，如测量输出线宽在千赫兹或赫兹量级的连续激光器，则所需延迟光纤长度将达到几十甚至上百公里。这不仅为实际操作带来不便，还会增强激光传输过程中的受激布里渊散射(SBS, stimulated Brillouin scattering)效应，从而造成光纤激光器输出功率降低，光束质量劣化等不利影响；同时，现有方法无法实现连续激光线宽短期稳定性与长期稳定性的检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足而提供的一种以稳定的飞秒光学频率梳作为频率计来测量窄线宽连续激光的光谱宽度的新装置。该装置在实现光学频率梳的精密控制与频谱展宽的基础上，完成脉冲线宽在KHz量级的光学频率梳与窄线宽激光的拍频，通过光学滤波，在测量装置上获取拍频信号，便可直接读取待测连续光的光学频率线宽。整个装置结构稳定，测量过程快速简单，可实时获得一个或多个波长连续激光的输出线宽，应用性强。实现本专利技术目的的具体技术方案是:一种基于光学频率梳的连续激光器光谱线宽测量装置，特点是该装置包括光学频率梳控制模块、光学频率梳种子源、光梳频谱展宽模块、连续激光发生源、光学合束模块、光学选频滤波模块、拍频探测模块及信号读取模块，所述光学频率梳控制模块与光学频率梳种子源之间电连接，光学频率梳种子源、光梳频谱展宽模块、光学合束模块、光学选频滤波模块及拍频探测模块依次光路连接，连续激光发生源与光学合束模块光路连接，拍频探测模块与信号读取模块之间电连接，其中: 所述光学频率梳控制模块为可以提供激光脉冲功率放大、脉冲宽度压缩与脉冲重复频率f；和载波包络相位漂移频率fo探测与反馈控制的元件。通过电子反馈系统把f；与fo锁定到标准信号上，使f；与fo之间的相位固定，保证光学频率梳的时频域稳定性。所述光学频率梳种子源为飞秒锁模脉冲序列的发生器，利用发生器内的色散控制，可以实现重复频率在几十MHz的宽频谱飞秒激光的输出，每个脉冲在频域的线宽在KHz量级。所述光梳频谱展宽模块一般为蜂窝状周期性结构的光子晶体光纤，其非线性程度高，可根据其零色散点的位置为不同波段的光梳脉冲提供不同的色散量，使光梳的输出频谱拓展到覆盖可见至近红外的较宽波段。所述连续激光发生源为从可见至红外的宽波段范围内任意波长的单纵模激光器及保证单纵模激光器高效运转的隔离器与偏振控制器件，单纵模激光器的输出功率在IOmff?500mW量级范围，输出线宽在KHz至MHz量级。所述光学合束模块为与连续激光发生源输出波长相吻合的空间半透半反镜或光纤耦合器，将光梳的输出光与待测线宽的连续激光合束，达到光场的高度重合。所述光学选频滤波模块为空间反射式光栅与小孔光阑组合或者是与连续激光发生源输出波长相应波段的光纤滤波器，将进行拍频的两路激光提取出来。所述拍频探测模块由聚焦透镜与雪崩光电探测器组成，将提取出的拍频光波进行探测。所述信号读取模块为快速傅里叶变换频谱分析仪或由电学滤波与数据采集卡组成的电学快速读取器件，合理选取测量仪器的带宽与分辨率，可读取拍频信号的线宽。本专利技术的工作流程:光学频率梳种子源产生的锁模激光脉冲序列由光学频率梳控制模块完成脉冲重复频率与载波包络相位的锁定，使光梳的输出脉冲宽度在KHz量级；再通过光梳频谱展宽模块实现宽光谱的稳定光梳输出，其输出光与连续激光发生源的输出光一起入射到光学合束模块，通过合理选择光纤耦合器的分束比或调整半透半反镜的俯仰角度，使出射的两束激光光斑重合，一同入射到光学选频滤波模块，将较宽的光学频率梳输出光谱中与待测连续激光波段相同的部分选取出来，以减少测量系统中的杂散光，提高探测信号的信噪比，滤取出的激光波再通过拍频探测模块，整形光斑大小，将光斑高度集中于探测器上，相干合成为拍频信号，通过信号读取模块可以在测量仪器上获得待测连续激光的输出光谱宽度。本专利技术的实现原理为:由理论计算可知，当参考激光(本专利技术中的光学频率梳)的频率与待测连续激光的频率相近，且参考激光的线宽足够窄时，所得的拍频频谱与待测激光频谱线型完全相同，且谱线宽度即为待测激光线宽。本专利技术具有以下优点: I)可测量多种工作原理的连续激光发生源的输出光谱线宽，整个测量系统对连续激光的发生源没有特殊要求，可适用于发射单频连续激光的诸如光纤激光器、半导体激光器与块状固体激光器等多种类型激光器的输出线宽测量； 2)经过频域拓展的光学频率梳具有从可见到红外的较宽光谱输出范围，可完成输出波长在不同波段的多种连续激光器的线宽测量，可利用范围广； 3)能够在同一时刻完成对多个波长的宽带连续激光线宽的实时测量，实现用一台光学频率梳测控多台连续激光器，这在光频原子钟技术及高精度微波原子钟技术中具有重要应用； 3)结构简单，可以在较短的作用距离内，实现窄线宽激光输出线宽的测量，有效抑制了以往方法中光纤过长而引起的受激布里渊散射效应； 4)可以采用全光纤式结构，不仅为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光学频率梳的连续激光器光谱线宽测量装置，其特征在于该装置包括光学频率梳控制模块、光学频率梳种子源、光梳频谱展宽模块、连续激光发生源、光学合束模块、光学选频滤波模块、拍频探测模块及信号读取模块，所述光学频率梳控制模块与光学频率梳种子源之间电连接，光学频率梳种子源、光梳频谱展宽模块、光学合束模块、光学选频滤波模块及拍频探测模块依次光路连接，连续激光发生源与光学合束模块光路连接，拍频探测模块与信号读取模块之间电连接，其中：所述光学频率梳控制模块为能够提供激光脉冲功率放大、脉冲宽度压缩与脉冲重复频率fr和载波包络相位漂移频率f0探测与反馈控制的元件，实现光学频率梳各个脉冲序列之间的相位锁定，使光学频率梳在时间域与频率域具有高度稳定性；所述光学频率梳种子源为飞秒锁模脉冲序列发生器，利用发生器内的色散控制，能够实现重复频率在几十MHz的宽频谱飞秒激光的输出，每个脉冲在频域的线宽在KHz量级；所述光梳频谱展宽模块将光学频率梳的输出频率谱拓展到覆盖可见光至近红外光的范围，由蜂窝状周期性结构的光子晶体光纤实现；?所述连续激光发生源为从可见至红外的宽波段范围内任意波长的单纵模激光器及保证单纵模激光器高效运转的隔离器与偏振控制器件，单纵模激光器的输出功率在10mW～500mW量级范围，输出线宽在KHz至MHz量级；所述光学合束模块为与连续激光波段相吻合的空间半透半反镜或光纤耦合器，将光梳的输出光与待测线宽的连续激光合束，达到光场的重合；所述光学选频滤波模块为空间反射式光栅与小孔光阑组合或者是与连续激光波段相吻合的光纤滤波器，将进行拍频的两路激光提取出来；所述拍频探测模块由聚焦透镜与雪崩光电探测器组成，将提取出的拍频光波进行探测；所述信号读取模块为快速傅里叶变换频谱分析仪或由电学滤波与数据采集卡组成的电学快速读取器件，能够读取拍频信号的线宽。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白东碧，曾和平，
申请(专利权)人：上海朗研光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：