[發明專利]一種利用電光晶體實現寬帶載波包絡偏頻控制的光梳系統

在審

• 申請號: 201510740334.7
• 申請日: 2015-11-03
• 公開（公告）號: CN105244744A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 張顏艷;姜海峰;張龍;閆露露;趙文宇;張首剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家授時中心
• 主分類號: H01S3/098
• 分類號: H01S3/098;H01S3/106
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明涉及一種光梳的頻率控制技術，利用晶體電光效應控制激光偏振態，實現光梳載波包絡偏頻快速控制，能有效提高頻率控制帶寬，進而提升光梳系統的頻率控制精度。

背景技術

光梳也稱“光學頻率綜合器”，是一種頻率完全受控的鎖模激光器，可以實現光學頻率到微波頻率(或者其它光學頻率)的高精度頻率變換。光梳自上世紀末發明以來，已經在光頻標研究、高精度光學頻率傳遞、激光雷達研制、超穩微波信號產生和精密光譜學等眾多研究領域發揮了重要作用。

光梳的受控頻率有兩個：重復頻率(f_r)和載波包絡偏頻(f_ceo)。作為頻率綜合器，光梳最重要的指標是頻率控制精度，一般用頻率穩定度和剩余相位抖動來表示。提高頻率控制速度是提高頻率控制精度指標的根本途徑，通常頻率控制速度用控制帶寬來表示。早期的光梳系統中的f_r是通過壓電陶瓷控制光學腔長度的方法實現的，由于機械響應較慢，控制帶寬大多在千赫茲到十千赫茲量級；f_ceo是通過控制光梳的泵浦激光功率來實現的，控制帶寬一般在十千赫茲到百千赫茲量級。

美國科學家率先利用電光晶體調制器(EOM)實現了光學腔長度的快速控制，控制帶寬達到了幾百千赫茲，大幅提高了f_r的控制精度[Hudsonetal.OL2005]。這一實驗結果主要受限于電控部分的響應速度。后來國外科學家利用這一方法，將f_r控制帶寬提升到兆赫茲量級，進一步提升了f_r這一頻率量的控制能力。然而，f_ceo的控制技術一直鮮有突破，有科學家采用后補償的方式，利用聲光調制器(AOM)對光梳信號進行光學移頻，但其控制帶寬依然沒有達到兆赫茲量級。而且，兩種f_ceo控制方式都有明顯的缺陷。通過寬帶控制泵浦電流的方式，由于電流較大，因此對應的寬帶噪聲水平也較高，在提升控制帶寬的同時會不可避免的引入更多的噪聲；通過AOM移頻的方式一方面AOM的損傷閾值限制了光梳功率，并且AOM會引入一定的功率損耗。另一方面激光通過AOM后會引入與調制頻率相關的光學分量，這些多余的光譜分量有可能會影響光梳的后期應用。此外，AOM的最佳工作頻率固定，且工作范圍很窄，使得其對f_ceo信號的控制范圍很有限。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種利用晶體電光效應控制光學腔中激光偏振態，進而實現f_ceo快速控制的光梳系統，能夠實現光梳f_ceo的寬帶鎖定，使f_ceo的控制帶寬達兆赫茲量級，從而獲得高精度的光梳系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：包括光路部分和電路部分；所述光路部分包括飛秒激光源、f_r探測裝置和f_ceo產生和探測裝置；所述電路部分包括f_r鎖相環控制裝置和f_ceo鎖相環控制裝置；所述飛秒激光源產生的飛秒脈沖由光纖耦合器耦合進光纖之后，經光纖分束器將輸出功率分成三份，其中一份傳輸至f_r探測裝置獲得f_r信號；另一份進入f_ceo產生和探測裝置獲得f_ceo信號，剩余的一份作為光梳系統的輸出；所述的f_r信號和f_ceo信號分別與外部參考信號進行混頻后，輸出給相應的鎖相環電路，通過鑒相、比例積分處理，分別得到f_r和f_ceo反饋控制信號，然后分別利用f_r和f_ceo的反饋控制信號驅動所述飛秒激光源，將f_r和f_ceo鎖定到穩定的外部參考源上。

所述飛秒激光源產生的飛秒脈沖經光纖分束器功分后，傳輸至f_r探測裝置的平均功率為毫瓦級，傳輸至f_ceo產生和探測裝置的平均功率為毫瓦級至十毫瓦級。

所述f_ceo產生和探測裝置包括光纖放大裝置、脈沖壓縮裝置、光譜擴展裝置和自參考外差拍頻裝置；輸入的飛秒脈沖經光纖放大裝置進行一級或兩極脈沖放大后，進入脈沖壓縮裝置進行脈沖壓縮，壓縮后的飛秒脈沖經光譜擴展裝置和自參考外差拍頻裝置，由光電探測器探測得到f_ceo信號。