[發明專利]一種基于微環諧振腔的自鎖定雙光頻梳產生系統及方法

有效

• 申請號: 201710322365.X
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107104353B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 王偉強;張文富;趙衛;王屹山
• 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: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/067
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發明公開了一種基于微環諧振腔的自鎖定雙光頻梳產生系統及方法。本發明屬于一種光頻梳產生系統領域，具體涉及一種基于微環諧振腔的雙光頻梳產生系統及方法，系統包括環形諧振腔及通過保偏光纖與環形諧振腔相連的雙光頻梳分離系統；環形諧振腔包括通過腔內保偏光纖連接的光學放大器、光隔離器、第一偏振控制器、微環諧振腔和光學濾波器；雙光頻梳分離系統包括通過保偏光纖相連接的偏振光分束器和第二偏振控制器；微環諧振腔為具有四端口的非線性微環諧振腔。該系統利用了波導結構的非對稱性，使波導的TE模式和TM模式具有不同的折射率，同時激勵兩個模式，產生兩套具有不同偏振方向和重頻的寬帶光頻梳。通過正交偏振雙頻梳的分離和偏振旋轉，從而得到同偏的超高重頻寬帶光頻梳。

技術領域

本發明涉及一種光頻梳產生系統，具體涉及一種基于微環諧振腔的雙光頻梳產生系統及方法，更具體的涉及一種自鎖定的基于微環諧振腔的雙光頻梳產生系統及方法，且兩個光頻梳在同一個微環諧振腔內產生。

背景技術

光頻梳是一種離散的、等頻率間距的梳狀光譜。而雙光頻梳是由兩個頻率間隔略有不同的兩個光頻梳構成，在原子分子光譜學、任意光信號特征測量、納米精度的距離測量和微波光子學等領域有著重要應用。

在雙光頻梳光譜測量中，一個重頻為f的光頻梳作為信號，用另一個重頻為f+Δf(Δf＜＜f)的光頻梳對信號頻梳進行采樣，使用數據采集卡采集雙光頻梳的時域信號，通過傅立葉變換還原待測物體的頻域信息。為避免射頻譜的交疊，光頻梳的帶寬需要滿足Δυ≤f²/2Δf，此時有效的采樣時域步長為Δf/f²，最小的采樣時間為1/Δf。因此提升光頻梳的重頻并適當的增加兩個光頻梳的重頻差，可以有效的提升雙光頻梳光譜測量的精度和速度。

傳統上雙光頻梳由兩個獨立運行的飛秒鎖模激光器或兩個頻率相互鎖定的超短脈沖鎖模激光器產生。兩個鎖模激光器的激光腔長度存在微小的差別，使兩個鎖模激光器具有不同的重復頻率。在頻域上，相鄰的兩個頻梳梳齒之間存在精確確定的頻率差，用光電探測器探測后得到頻率間隔為Δf的射頻頻梳，從而將信號的頻率從光頻轉換到射頻域，易于使用現有的電學設備(如示波器、頻譜儀、數據采集卡等)進行測量檢測。其測量精度相對于傳統傅立葉光譜分析儀具有更高的測量精度、靈明度和測量速度，因此雙光頻梳測量近年來得到快速的發展。

基于鎖模激光器的光頻梳受限于激光器腔長，其重頻通常只有幾MHz到數十MHz，采用光調制技術可以產生頻率間隔為數十GHz的光頻梳，然而其頻率間隔受限于光電調制器和射頻信號發生器，且隨著頻率的提升，其成本將極劇的增長，不利于規模化應用。近年來發展起來的微腔光頻梳在重頻方面具有先天性優勢，正好彌補了傳統光頻梳技術的不足。已經報道的微腔克爾雙光頻梳都是使用兩個微環諧振腔分別產生一個光頻梳，再將兩個光頻梳耦合在一起形成光頻梳，此類雙光頻梳需要將兩個光頻梳的泵浦光進行頻率鎖定，且需要同時穩定兩個微環的工作環境，因此結構復雜，成本昂貴，系統穩定性較差。

發明內容

為了克服現有的雙光頻梳產生系統結構復雜、成本高及系統穩定性差的問題，針對高精度分子光譜分析、微波信號產生等領域對高重頻雙光頻梳的需求，本發明提供了一種基于微環諧振腔的自鎖定雙光頻梳產生系統及方法，該系統利用了波導結構的非對稱性，使波導的TE模式和TM模式具有不同的折射率，從而使微環諧振腔的兩個偏振模式具有不同的自由光譜范圍，同時激勵兩個模式，產生兩套具有不同偏振方向和重頻的寬帶光頻梳。通過正交偏振雙頻梳的分離和偏振旋轉，從而得到同偏的超高重頻寬帶光頻梳。

本發明的技術方案是提供一種基于微環諧振腔的自鎖定雙光頻梳產生系統，其特殊之處在于：包括環形諧振腔1及通過保偏光纖17與環形諧振腔1相連的雙光頻梳分離系統2；

上述環形諧振腔1包括通過腔內保偏光纖17連接的光學放大器11、光隔離器12、第一偏振控制器13、微環諧振腔14和光學濾波器16；

上述雙光頻梳分離系統2包括通過保偏光纖相連接的偏振光分束器21和第二偏振控制器22；