[發明專利]全保偏主動跟蹤型光纖光梳光源

有效

• 申請號: 201410363793.3
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104184037B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 王屹山;劉元山;趙衛;馮野;徐昕;胡曉鴻;張偉;楊直;李飛濤;王向林
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/106
• 分類號: H01S3/106;H01S3/067
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 楊引雪

技術領域

本發明涉及一種全保偏主動跟蹤型光纖光梳光源，屬于激光技術領域。

背景技術

對飛秒激光器進行頻率鎖定和載波相位鎖定之后，其可產生間隔、幅度、功率都非常穩定的時域超短脈沖信號，該脈沖序列具有豐富的傅里葉變換頻譜，可實現微波頻率與光學頻率的直接連接。用一臺鎖模飛秒脈沖激光器就可實現了從近紅外到可見光區域的所有光學頻率的直接絕對測量，這一成果被公認為光頻測量領域具有革命性意義的突破。基于鎖模飛秒脈沖激光技術的梳狀光學頻率發生器被認為是實現光學頻率與微波頻率傳遞的光齒輪，利用飛秒光頻梳技術的光時鐘，不但擁有豐富的頻率，而且還具有可與原子鐘媲美的頻率穩定度，其不但在測量和計量中有十分廣泛的應用，還在醫藥檢測、光譜分析、顯微成像、測距、傳感、航天器對接，外太空衛星通信、地面大尺寸高精密光學機械加工、深空探測以及醫學診斷等方面顯示出越來越多的優勢。

近年，光纖光梳由于其體積小、工作穩定、抗干擾強、成本低廉、操作相對簡單、無需專業維護、容易大規模生產等特點得到廣泛的關注。隨著科研和工程應用的不斷拓展，其工作的環境越來越復雜，已經開放的光纖光梳光源，存在以下缺陷：(1)鎖模方式主要是非線性偏振旋轉鎖模(NPR)，其對溫度和振蕩敏感；(2)一般來說重復頻率是固定，不能調節，同時鎖頻時需要外部時鐘人為調節跟蹤；(3)超連續產生為非偏振保持的，因此在獲得fceo信號時需要，需要把倍頻信號和基頻信號分開，分別調節其偏振態和空間時延，造成產生的fceo信號對振動和溫度非常敏感。

發明內容

本發明提供一種全保偏主動跟蹤型光纖光梳光源，主要解決了現有方法對溫度、振動敏感的問題；該光纖光梳光源引入了精調和粗調鎖頻方法，實現了光頻梳的頻率鎖定由被動轉為主動方式，大大增強了抗干擾能力，同時實現了主動跟蹤頻率可調的功能。

本發明的具體技術解決方案如下：

該全保偏主動跟蹤型光纖光梳光源包括用于使激光器輸出脈沖的重復頻率與參考頻率精確鎖定，且獲得較高的頻率穩定度的精調鎖頻反饋回路、用于使光纖光梳光源長期處于穩定的鎖頻范圍的粗調鎖頻反饋回路、以及用于增加鎖相的捕獲能力和控制能力的穩相反饋回路；當穩頻信號發生突變時，粗調鎖頻反饋回路將突變的穩頻信號補差至精調控制的范圍，進入精調鎖頻反饋回路進行精調，再經穩相反饋回路增加鎖相的捕獲能力和控制能力后輸出；當穩頻信號未發生突變或突變范圍未超出精調控制的范圍時，直接進入精調鎖頻反饋回路進行精調。

上述精調鎖頻反饋回路包括依次串聯的光纖振蕩器、隔離器、光放大器、光電探測器、帶通濾波器、混頻器、低通濾波器、PID伺服控制器和壓電陶瓷驅動，壓電陶瓷驅動再與光纖振蕩器串聯形成回路。

上述粗調鎖頻反饋回路包括依次串聯的光纖振蕩器、隔離器、光放大器、光電探測器、帶通濾波器、混頻器、低通濾波器、模數轉換器、基于FPGA和DSP的程序電路、光延遲線驅動電路，光延遲線驅動電路再與光纖振蕩器串聯形成回路。

上述光纖振蕩器、隔離器、光放大器、脈沖壓縮、超連續譜產生、色散補償、f-2f頻率轉換系統、低噪光電探測器、相位探測器、拓頻電路、PID伺服控制器、激光器電流源，激光器電流源再與光纖振蕩器串聯形成回路。

上述光纖振蕩器是以光纖光柵、半導體飽和吸收體作為反射鏡面形成諧振，半導體飽和吸收體作為被動鎖模起振元件，摻雜光纖作為增益介質，插入相移器和高精度電控光延遲作為頻率精調和粗調控制器件。

上述光纖光柵是用于反射及腔內色散補償的啁啾光纖光柵，或僅用于反射的非啁啾光纖光柵，或反射時不改變入射偏振態的保偏反射鏡或保偏反射裝置。

上述光纖光柵的腔內有摻雜光纖作為增益介質，摻雜增益光纖是摻Er，Nd，Yb，Bi，Er/Yb，Tm/Ho或者Yb/Tm離子。

本發明的優點如下：

本發明以全保偏方案實現了光纖光梳光源，從振蕩器、放大器、壓縮器、超連續譜產生、fceo信號探測均為保偏系統；為了防止外界振動、大溫度變化對鎖頻造成影響，鎖頻采用主動跟蹤的辦法，實時監測系統頻率變化，通過粗調和精調電路相結合的辦法，即保證了鎖定時頻率精度，又抑制了外界環境對鎖頻的影響；在鎖定fceo信號時，反饋電路帶寬限制導致鎖定相位時困難且時間較短，我們通過設計微波電路，拓寬反饋電子線路的帶寬，增強其控制和捕獲fceo信號的能力，實現操作簡單的功能。

附圖說明

圖1為保偏光纖光梳光源系統示意圖；

圖2a為保偏線性腔(腔內帶光纖光柵)；

圖2b為保偏線性腔(腔內帶光纖光柵及反射鏡)；