[發明專利]一種超高重復頻率可調諧光頻梳產生裝置與方法

有效

• 申請號: 202010731602.X
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111897175B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 王擂然;范煒晨;孫啟兵;張文富
• 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: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/39
• 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

本發明涉及一種超高重復頻率可調諧光頻梳產生裝置與方法，旨在解決現有光頻梳系統的重復頻率上限受物理腔長制約、難以大范圍調諧且系統結構復雜等問題。裝置包括泵浦單元，信號調制單元，微環諧振腔光頻梳產生單元及濾波單元。方法過程中：首先調節泵浦單元出射泵浦激光功率，通過信號調制單元對泵浦激光進行單邊帶頻率調制；其次，微環諧振腔對調制后的泵浦激光發生參量振蕩和級聯四波混頻，使微環諧振腔產生穩定的重頻光頻梳；最后利用濾波單元濾除多余的泵浦激光，輸出低噪聲高重頻光頻梳。本發明采取泵浦頻率單邊帶調制方法調諧光頻梳的重復頻率，實現超高重頻可調諧光頻梳，突破現有方法面臨的重復頻率和調諧范圍的限制，降低系統復雜度。

技術領域

本發明涉及一種光頻梳產生裝置及方法，尤其涉及一種超高重復頻率可調諧光頻梳產生裝置與方法。

背景技術

光學頻率梳(即光頻梳)包含有一系列固定間隔的高精度頻率譜線，往往具有較大的帶寬，自被提出至今近四十年來，已經極大地推動了光譜學、計量學、原子鐘、光通信等領域技術的進步。早期光頻梳大多通過固體或光纖激光器產生穩定的鎖模光脈沖來實現，通常受到激光器重量、體積、功耗等因素的影響，目前仍為實驗室級別的高端精密產品，在實際應用中受到了較大的限制。

現代微納光子集成技術的發展為實現光頻梳提供一種新的途徑——在高品質因數的微環諧振腔腔內，可通過級聯四波混頻效應產生光頻梳。集成微環諧振腔天然具有極小的物理尺寸和極高的非線性系數，因而與傳統光頻梳方案相比，其重復頻率(簡稱重頻)超數十GHz量級，而所需泵浦閾值需求可降低2-3個數量級，不僅大大減少了光頻梳系統的功耗，而且可與其他功能性光學器件以及控制電路芯片等兼容，有望實現系統芯片化集成，推動了光頻梳實用化與便攜化發展。

實際應用中，人們對于光頻梳重頻的調諧能力也有著迫切需求，例如在分子光譜檢測中需降低重頻以提高標稱分辨率、增大重頻以提升絕對光譜分辨率；通信領域頻分復用需增大重頻以降低不同信道間串擾等。而可調諧的高重頻光頻梳可以根據不同需求選擇最佳的重頻水平，因此具有極其廣闊的應用前景。通常可采用調節諧振腔腔長的方法實現重頻可調諧的光頻梳；然而受現實中物理腔長的影響，光頻梳重頻無法實現大幅度尤其是數量級的提升或調諧。此外，雖然還可以采用兩套脈沖激光系統注入鎖定或雙光源不同頻率泵浦等方式進行光頻梳重頻倍增，但均面臨系統結構復雜、成本較高、操作過程繁瑣等諸多問題，現實應用較為受限，制約了光頻梳技術進一步發展。

發明內容

本發明的目的是提供一種超高重復頻率可調諧光頻梳產生裝置與方法，旨在解決現有光頻梳系統的重頻上限受物理腔長制約、難以大范圍調諧且系統結構復雜等問題，實現光譜范圍寬、結構簡單、穩定實用的超高重頻可調諧光頻梳，突破現有技術瓶頸與能力限制，推動高集成高速率光頻梳技術與現實應用的發展，具有重大的研究意義和應用價值。

基于單光源泵浦的微環諧振腔光頻梳系統具有天然極短的物理腔長、易于集成等優勢，而具有電光效應的材料(如鈮酸鋰、氮化鋁、氮化鎵、砷化鎵等)制備的微環諧振腔，同時具備可快速電光調制、結構簡單、便于調諧等特點，可以滿足超高重頻光頻梳產生及調諧能力的需求。

為了解決上述問題，基于上述分析，本發明的技術解決方案是提供超高重復頻率可調諧光頻梳產生裝置，其特殊之處在于：包括泵浦單元、信號調制單元、微環諧振腔光頻梳產生單元及濾波單元；

上述泵浦單元用于提供高功率窄線寬泵浦激光；

上述信號調制單元用于對泵浦激光進行單邊帶頻率調制以及調制產生的光頻梳的重復頻率；

上述微環諧振腔光頻梳產生單元包括微環諧振腔、直流電源及溫度控制器；上述微環諧振腔用于接收單邊帶頻率調制后的泵浦激光，發生光參量振蕩與級聯四波混頻過程，產生高重頻光頻梳；上述直流電源用于調節微環諧振腔的諧振波長；上述溫度控制器用于控制微環諧振腔的溫度；

上述濾波單元用于濾除多余泵浦激光，輸出低噪聲高重頻光頻梳。