[發明專利]一種基于微腔光頻合成器的激光頻率測量裝置

在審

• 申請號: 202011296756.7
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112362175A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 邢帥;武騰飛;趙春播;李維
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王松

1.一種基于微腔光頻合成器的激光頻率測量裝置，其特征在于：包括微腔光頻合成器、待測激光器(Laser)、微波原子鐘、激光頻率測量模塊；

所述微腔光頻合成器，包括泵浦光源(CW)、第一光纖耦合器(OC1)、第一摻鉺光纖放大器(EDFA1)、第一透鏡光纖(F1)、第一微環諧振腔(DKS1)、第二透鏡光纖(F2)、第二光纖耦合器(OC2)、第一光電探測器(PD1)、第一重復頻率鎖相電路(PLL1)、第三光纖耦合器(OC3)、第二光電探測器(PD2)、第二重復頻率鎖相電路(PLL2)、第二摻鉺光纖放大器(EDFA2)、第一單模熔融拉錐光纖(F3)、第二微環諧振腔(DKS2)、第二單模熔融拉錐光纖(F4)、第四光纖耦合器(OC4)、共線式載波包絡偏移頻率提取單元(f-2f)、第三光電探測器(PD3)、第一載波包絡偏移頻率鎖相電路(PLL3)；

所述激光頻率測量模塊，包括第五光纖耦合器(OC5)、平衡光電探測器(BPD)、基于FPGA的數據采集與處理單元(FPGA)；

所述的泵浦光源(CW)通過第一光纖耦合器(OC1)分為兩路，第一路光束經過光纖傳輸至第一摻鉺光纖放大器(EDFA1)，放大后的光束由第一透鏡光纖(F1)耦合進入第一微環諧振腔(DKS1)，形成第一微腔克爾光頻梳，其輸出光通過第二透鏡光纖(F2)耦合進入光纖，經過第二光纖耦合器(OC2)分為兩路，第一路通過光纖傳輸至第一光電探測器(PD1)，用于探測第一微腔克爾光頻梳的重復頻率，探測到的信號傳輸至第一重復頻率鎖相電路(PLL1)，鎖定至參考原子鐘；泵浦光源(CW)通過第一光纖耦合器(OC1)后的第二路光束，經過光纖傳輸至第二摻鉺光纖放大器(EDFA2)，放大后的光束由第一單模熔融拉錐光纖(F3)耦合進入第二微環諧振腔(DKS2)，形成第二微腔克爾光頻梳，其輸出光通過第二單模熔融拉錐光纖(F4)耦合進入光纖，經過第四光纖耦合器(OC4)分為三路，第一路光束與經過第二光纖耦合器(OC2)分出的第二路光束在第三光纖耦合器(OC3)處發生拍頻，傳輸至第二光電探測器(PD2)，探測到的信號傳輸至第二重復頻率鎖相電路，鎖定至參考原子鐘；經過第四光纖耦合器(OC4)的第二路光束傳輸至共線式載波包絡偏移頻率提取單元(f-2f)，提取出的載波包絡偏移頻率傳輸至第三光電探測器(PD3)，通過第一載波包絡偏移頻率鎖相電路(PLL3)，鎖定至參考原子鐘；經過第四光纖耦合器(OC4)的第三路光束與待測激光器(Laser)經光纖傳輸至第五光纖耦合器(OC5)，在第五光纖耦合器(OC5)處發生拍頻，拍頻信號經光纖傳輸至平衡光電探測器(BPD)，轉變成電學信號傳輸至基于FPGA的數據采集與處理單元(FPGA)，根據采集到的重復頻率、拍頻頻率和載波包絡偏移頻率計算待測激光頻率。

2.如權利要求1所述的一種基于微腔光頻合成器的激光頻率測量裝置，其特征在于：

所述第一光纖耦合器(OC1)為1×2光纖耦合器，分光比為50：50；

所述第二光纖耦合器(OC2)為1×2光纖耦合器，分光比為10：90；

所述第三光纖耦合器(OC3)為1×2光纖耦合器，分光比為50：50；

所述第四光纖耦合器(OC4)為1×3光纖耦合器，分光比為20：30：50；

所述第五光纖耦合器(OC5)為2×2光纖耦合器，分光比為50：50。

3.如權利要求1所述的一種基于微腔光頻合成器的激光頻率測量裝置，其特征在于：所述第一微環諧振腔(DKS1)為基于SiO₂的微環諧振腔，其重復頻率處于GHz波段

所述第二微環諧振腔(DKS2)為基于Si₃N₄的微環諧振腔，其重復頻率處于THz波段。

4.如權利要求1所述的一種基于微腔光頻合成器的激光頻率測量裝置，其特征在于：所述待測激光器(Laser)為頻率穩定的半導體激光器或氣體激光器，其波長處于所述微腔光頻合成器的光譜或展寬光譜范圍內。

5.如權利要求1所述的一種基于微腔光頻合成器的激光頻率測量裝置，其特征在于：所述泵浦光源(CW)為外腔半導體可調諧激光器。

6.如權利要求1、2、3、4或5所述的一種基于微腔光頻合成器的激光頻率測量裝置，其特征在于：泵浦光源(CW)通過第一光纖耦合器(OC1)分為兩路，第一路光束經過光纖傳輸至第一摻鉺光纖放大器(EDFA1)，放大后的光束由第一透鏡光纖(F1)耦合進入第一微環諧振腔(DKS1)，形成第一微腔克爾光頻梳，其輸出光通過第二透鏡光纖(F2)耦合進入光纖，經過第二光纖耦合器(OC2)分為兩路，第一路通過光纖傳輸至第一光電探測器(PD1)，用于探測第一微腔克爾光頻梳的重復頻率，探測到的信號傳輸至第一重復頻率鎖相電路(PLL1)，鎖定至參考原子鐘(Clock)；泵浦光源(CW)通過第一光纖耦合器(OC1)后的第二路光束，經過光纖傳輸至第二摻鉺光纖放大器(EDFA2)，放大后的光束由第一單模熔融拉錐光纖(F3)耦合進入第二微環諧振腔(DKS2)，形成第二微腔克爾光頻梳，其輸出光通過第二單模熔融拉錐光纖(F4)耦合進入光纖，經過第四光纖耦合器(OC4)分為三路，第一路光束與經過第二光纖耦合器(OC2)分出的第二路光束在第三光纖耦合器(OC3)處發生拍頻，傳輸至第二光電探測器(PD2)，探測到的信號傳輸至第二重復頻率鎖相電路(PLL2)，鎖定至參考原子鐘(Clock)；經過第四光纖耦合器(OC4)的第二路光束傳輸至共線式載波包絡偏移頻率提取單元(f-2f)，提取出的載波包絡偏移頻率傳輸至第三光電探測器(PD3)，通過第一載波包絡偏移頻率鎖相電路(PLL3)，鎖定至參考原子鐘(Clock)；經過第四光纖耦合器(OC4)的第三路光束與待測激光器(Laser)經光纖傳輸至第五光纖耦合器(OC5)，在第五光纖耦合器(OC5)處發生拍頻，拍頻信號經光纖傳輸至平衡光電探測器(BPD)，轉變成電學信號傳輸至基于FPGA的數據采集與處理單元(FPGA)，根據采集到的重復頻率、拍頻頻率和載波包絡偏移頻率計算待測激光頻率。