[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 202011296756.7
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112362175A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邢帥;武騰飛;趙春播;李維
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術(shù)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(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王松

本發(fā)明公開的一種基于微腔光頻合成器的激光頻率測量裝置，屬于激光頻率測量領(lǐng)域。本發(fā)明包括微腔光頻合成器、待測激光器、微波原子鐘、激光頻率測量模塊。泵浦激光與摻鉺光纖放大器通過光纖連接，注入微環(huán)諧振腔產(chǎn)生高重復頻率激光脈沖，通過共線式載波包絡偏移頻率提取單元提取載波包絡偏移頻率，利用鎖相電路分別將重復頻率及載波包絡偏移頻率鎖定至微波原子鐘，得到微腔光頻合成器，待測激光器與所述微腔光頻合成器通過光纖耦合器連接，拍頻信號由平衡光電探測器探測，數(shù)據(jù)采集與處理單元通過采集拍頻頻率、重復頻率及載波包絡偏移頻率計算得到待測激光頻率。本發(fā)明采用微腔光梳，具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于實現(xiàn)平面光子集成的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光頻率測量裝置，尤其涉及一種基于微腔光頻合成器的激光頻率測量裝置，屬于激光頻率測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

頻率基準作為各種物理量中準確度最高的物理量，其他物理量(如長度、速度、角度等)的測量經(jīng)常被轉(zhuǎn)換成頻率量完成測量，是精密計量、精密機械和微電子工業(yè)領(lǐng)域重要的測量參數(shù)。傳統(tǒng)的激光頻率測量方式采用諧波光頻鏈，但是其結(jié)構(gòu)復雜、體積大、造價高。飛秒光頻梳的出現(xiàn)實現(xiàn)了微波頻標與光學頻標的直接連接，解決了激光絕對頻率的測量問題。目前，常用來測量激光頻率的裝置多采用鈦寶石光頻合成器、光纖頻率合成器，存在成本高、功率損耗大、集成性差的情況。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中激光頻率測量裝置存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于微腔光頻合成器的激光頻率測量裝置，采用的微腔光頻梳實現(xiàn)激光頻率測量，具有結(jié)構(gòu)緊湊、泵浦功率轉(zhuǎn)化效率高、相位噪聲低、成本低、易于實現(xiàn)平面光子集成等優(yōu)點。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明公開的一種基于微腔光頻合成器的激光頻率測量裝置，包括微腔光頻合成器、待測激光器、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、第一光纖耦合器、第一摻鉺光纖放大器、第一透鏡光纖、第一微環(huán)諧振腔、第二透鏡光纖、第二光纖耦合器、第一光電探測器、第一重復頻率鎖相電路、第三光纖耦合器、第二光電探測器、第二重復頻率鎖相電路、第一摻鉺光纖放大器、第一單模熔融拉錐光纖、第二微環(huán)諧振腔、第二單模熔融拉錐光纖、第四光纖耦合器、共線式載波包絡偏移頻率提取單元、第三光電探測器、第一載波包絡偏移頻率鎖相電路。

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

所述的泵浦光源通過第一光纖耦合器分為兩路，第一路光束經(jīng)過光纖傳輸至第一摻鉺光纖放大器，放大后的光束由第一透鏡光纖耦合進入第一微環(huán)諧振腔，形成第一微腔克爾光頻梳，其輸出光通過第二透鏡光纖耦合進入光纖，經(jīng)過第二光纖耦合器分為兩路，第一路通過光纖傳輸至第一光電探測器，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，鎖定至參考原子鐘；泵浦光源通過第一光纖耦合器后的第二路光束，經(jīng)過光纖傳輸至第二摻鉺光纖放大器，放大后的光束由第一單模熔融拉錐光纖耦合進入第二微環(huán)諧振腔，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耦合進入光纖，經(jīng)過第四光纖耦合器分為三路，第一路光束與經(jīng)過第二光纖耦合器分出的第二路光束在第三光纖耦合器處發(fā)生拍頻，傳輸至第二光電探測器，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(jīng)過第四光纖耦合器的第二路光束傳輸至共線式載波包絡偏移頻率提取單元，提取出的載波包絡偏移頻率傳輸至第三光電探測器，通過第一載波包絡偏移頻率鎖相電路，鎖定至參考原子鐘；經(jīng)過第四光纖耦合器的第三路光束與待測激光器經(jīng)光纖傳輸至第五光纖耦合器，在第五光纖耦合器處發(fā)生拍頻，拍頻信號經(jīng)光纖傳輸至平衡光電探測器，轉(zhuǎn)變成電學信號傳輸至基于FPGA的數(shù)據(jù)采集與處理單元，根據(jù)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。

作為優(yōu)選，所述第一光纖耦合器為1×2光纖耦合器，分光比為50：50。

作為優(yōu)選，所述第二光纖耦合器為1×2光纖耦合器，分光比為10：90。