[發明專利]一種全光纖耦合單頻光輸出GHz量級的移頻方法及系統

在審

• 申請號: 202010810317.7
• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN112415789A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 王國超;顏樹華;朱凌曉;楊俊;郭熙業;王亞寧;喻曉;徐東洋;賈愛愛;呂夢潔;李期學;張旭
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03;G02B6/02;H01S3/00;H01S5/00
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 閔亞紅

本發明提供了一種全光纖耦合單頻光輸出GHz量級的移頻方法及系統，該方法包括：頻率為ν的單頻輸出光作為入射光輸入至電光相位調制器，通過對電光相位調制器施加頻率為f₀的調制信號，得到頻率為ν±nf₀(n＝0,1,2,...)的多頻調制光，所述多頻調制光輸入至與目標頻率的中心波長相匹配的窄帶寬光纖光柵濾波器，頻率為ν+Δ的邊帶成分被窄帶寬光纖光柵濾波器篩選出來，從而使單頻光實現從頻率ν移頻到ν+Δ。該方法將光纖耦合的電光調制和窄帶寬光纖光柵濾波器巧妙結合起來，抑制或濾除電光調制后的不相關的基頻和諧波成分，只保留目標頻率成分，達到純正干凈的調制移頻效果。

技術領域

本發明涉及激光頻率變換領域，具體涉及一種全光纖單頻輸出GHz量級的移頻方法及系統。

背景技術

在現代外差和相干探測、原子分子的激光操控和微波光子變換等技術領域，為了提高測量精度、頻率操控效率和頻率變換的準確度，常常需要改變激光的頻率，使得輸出光相對輸入光具有穩定的頻率差，具體表現為通過施加微波頻率的驅動信號使單頻激光發生微波量級的頻移，例如銫原子的兩個基態頻差為9.19GHz，銣原子的雙光子拉曼躍遷干涉需要6.83GHz頻移等現有的移頻方法主要有聲光移頻、電光移頻、磁光移頻等，這些方法均能產生穩定的移頻量，可應用于各種不同的應用場合。磁光移頻一般基于光在磁場下的塞曼效應，因此，頻移量一般很難做大，一般只能在幾十MHz級別，且一般基于自由空間完成，目前尚無專用于移頻的商用產品產生；電光移頻主要基于電光調制器，其頻移雖能做到幾十GHz，但在調制移頻的同時會產生多階邊帶，因此會伴有寄生諧波頻率，無法做到純凈的單頻輸出；傳統的聲光移頻法利用激光通過聲光晶體發生衍射時，衍射光會產生頻移，通過驅動器輸入射頻信號頻率的原理來實現頻移，具有頻譜純正、頻移精度高、穩定性可靠、使用方便等特點，是應用最廣泛的移頻方法。目前大多數商用全光纖聲光移頻器(AOM)產品通常在20MHz至300MHz左右的頻帶上工作，并且當驅動頻率高達幾GHz時轉化效率變差。要想利用單個AOM實現GHz甚至更高的頻移，一種方法是直接采用高頻AOM，目前產品化的全光纖AOM可以做到1.0GHz(如美國Brimrose產品IPF-1000-1550-3FP)，自由空間的AOM目前可以做到3.4GHz(如美國Brimrose產品GPF-3400-100-795)，但是由于其損壞閾值低，且衍射效率一般不到10％，可獲得的最大輸出功率非常低；另一種方法是利用自由空間AOM多回路的巧妙光路設計，文獻“Laser frequency shift up to 5GHz with a high-efficiency 12-pass 350-MHz acousto-optic modulator,Rev.Sci.Instrum.91,033201(2020).”通過光路的精細調節使光束往返AOM多達12次，最終實現頻移4.2GHz，總衍射效率高達11％，但該方法光路成本高，光路的搭建和調試非常復雜，系統穩定性差，很難在振動、室外等復雜環境下使用，無法滿足實際的工程應用需求。

為實現高頻移和高輸出效率，同時滿足穩定可靠的實用化要求，迫切需要開發全光纖的移頻技術，實現低插損和GHz量級以上的頻移，同時又具備大調制帶寬，以滿足GHz至百GHz量級的各種激光頻率變換需求。

發明內容

本發明目的在于提供一種全光纖耦合單頻光輸出的GHz量級移頻方法，實現低插損和GHz量級以上的頻移，同時又具備大調制帶寬，以滿足GHz至百GHz量級的各種激光頻率變換需求。

為實現上述目的，本發明提供了一種全光纖耦合單頻光輸出GHz量級的移頻方法，包括：

一種全光纖耦合單頻光輸出GHz量級的移頻方法，其特征在于，包括：