[發(fā)明專利]一種基于優(yōu)化級(jí)聯(lián)差頻產(chǎn)生光梳的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011597897.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN112670801B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉偉偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北水利水電大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/00
• 分類號(hào): H01S3/00
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司 41109
• 代理人: 王曉麗;王喚霞

本發(fā)明提供的基于優(yōu)化差頻產(chǎn)生光梳的裝置，從第一泵浦源出射的第一泵浦光進(jìn)入合束鏡；從第二泵浦源出射的第二泵浦光經(jīng)過(guò)相位延遲系統(tǒng)進(jìn)入合束鏡；第一泵浦光與第二泵浦光在合束鏡中混合為混頻光；混頻光經(jīng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)后入射到APPLN晶體中；混頻光在APPLN晶體中經(jīng)級(jí)聯(lián)光學(xué)差頻作用，產(chǎn)生級(jí)聯(lián)光；級(jí)聯(lián)光入射到GaP波導(dǎo)中經(jīng)優(yōu)化級(jí)聯(lián)光學(xué)差頻作用產(chǎn)生光梳。通過(guò)設(shè)置APPLN晶體使級(jí)聯(lián)光向Stokes區(qū)域轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生光梳的頻率范圍寬。通過(guò)增強(qiáng)Stokes級(jí)聯(lián)差頻同時(shí)抑制anti?Stokes級(jí)聯(lián)差頻，提高光學(xué)轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)頻率梳應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于優(yōu)化級(jí)聯(lián)差頻產(chǎn)生光梳的裝置。

背景技術(shù)

光梳即為光學(xué)頻率梳，是一種激光光源，在時(shí)域表現(xiàn)為等間隔、等幅度的超短脈沖序列，在頻域則表現(xiàn)為規(guī)則且等間隔的梳齒線，相鄰梳齒的間隔精確等于激光脈沖的重復(fù)頻率。光學(xué)頻率梳對(duì)光學(xué)頻率精密測(cè)量提供了高精確度、高準(zhǔn)確度及高靈敏度的工具，大大促進(jìn)了阿秒科學(xué)、光鐘、天文觀測(cè)、精密測(cè)量、量子操控及生命科學(xué)等領(lǐng)域的研究。

光學(xué)頻率梳是一把超高精度的尺子，提供測(cè)量光學(xué)頻率的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)任意光學(xué)頻率直接進(jìn)行精密的測(cè)量，這對(duì)于精密計(jì)量、高分辨率光譜等研究應(yīng)用具有重要意義。隨著光學(xué)頻率梳的快速發(fā)展，其在光學(xué)頻率測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛和深入，在空間距離高精度測(cè)量、天文測(cè)量和醫(yī)療診等領(lǐng)域也開始有所涉及，美國(guó)NIST采用摻鉺光纖飛秒光梳作為信號(hào)源和干涉檢測(cè)方案，研制了高精度激光雷達(dá)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了公里級(jí)尺度的納米精度測(cè)量。隨著光學(xué)頻率梳的精度和可靠性的提高，光鐘能夠得到高達(dá)10^-19的不確定度，很大程度上推動(dòng)了光學(xué)頻率標(biāo)準(zhǔn)的快速發(fā)展和光鐘的研究，也極大程度上增加了GPS基本物理常數(shù)的測(cè)量精度。由于光學(xué)頻率梳優(yōu)良的時(shí)域和頻域特性，通過(guò)光學(xué)頻率梳對(duì)空氣中溫室氣體二氧化碳、沼氣、氧氣等光譜的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)公里級(jí)遙感。光學(xué)頻率梳的研究有著極其深遠(yuǎn)的意義，其應(yīng)用領(lǐng)域也有待進(jìn)一步的發(fā)掘和發(fā)展。

缺少能夠產(chǎn)生高功率、高質(zhì)量、高效率的光學(xué)頻率梳，且低成本并能在室溫下運(yùn)轉(zhuǎn)的光學(xué)頻率梳源是目前面臨的主要問(wèn)題，早期的光梳都是基于鈦寶石飛秒激光器搭建而成，在鈦寶石光梳實(shí)現(xiàn)不久之后，全固態(tài)激光器的快速發(fā)展又將光梳頻段進(jìn)一步拓展至中紅外，甚至遠(yuǎn)紅外波段，然而鈦寶石或全固態(tài)激光器的光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、需要水冷、運(yùn)行條件嚴(yán)苛及成本昂貴，難以滿足或適應(yīng)應(yīng)用場(chǎng)景需求，目前很難適應(yīng)光頻測(cè)量領(lǐng)域?qū)?jiǎn)便運(yùn)行及長(zhǎng)期連續(xù)測(cè)量的訴求，此方法的優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)生的光學(xué)頻率梳的裝置簡(jiǎn)單，但是現(xiàn)階段產(chǎn)生的光學(xué)頻率梳功率和效率都較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于優(yōu)化級(jí)聯(lián)差頻產(chǎn)生光梳的裝置，可以經(jīng)優(yōu)化級(jí)聯(lián)光學(xué)差頻作用產(chǎn)生光梳。

本發(fā)明的目的是以下述方式實(shí)現(xiàn)的：一種基于優(yōu)化級(jí)聯(lián)差頻產(chǎn)生光梳的裝置，包括第一泵浦源與第二泵浦源，APPLN晶體，GaP波導(dǎo)，合束鏡，望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)以及相位延遲系統(tǒng)；

從第一泵浦源出射的第一泵浦光進(jìn)入合束鏡；從第二泵浦源出射的第二泵浦光經(jīng)過(guò)相位延遲系統(tǒng)進(jìn)入合束鏡；第一泵浦光與第二泵浦光在合束鏡中混合為混頻光；混頻光經(jīng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)后入射到APPLN晶體中；混頻光在APPLN晶體中經(jīng)級(jí)聯(lián)光學(xué)差頻作用，產(chǎn)生級(jí)聯(lián)光；級(jí)聯(lián)光入射到GaP波導(dǎo)中經(jīng)優(yōu)化級(jí)聯(lián)光學(xué)差頻作用產(chǎn)生光梳；

光束傳播的平面為X軸和Y軸所確定的平面，Z軸垂直于光束傳播的平面，從第一泵浦源出射的第一泵浦光的初始傳播方向?yàn)閄軸正向，從第二泵浦源出射的第二泵浦光的初始傳播方向?yàn)閅軸負(fù)向。

第一泵浦光和第二泵浦光的頻率不同。

所述第一泵浦源采用脈沖激光器，第二泵浦源采用脈沖激光器；第一泵浦光和第二泵浦光的偏振方向均為Z軸。

相位延遲系統(tǒng)由第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡和第四反射鏡組成；從第二泵浦源出射的第二泵浦光經(jīng)過(guò)第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡及第四反射鏡組成的相位延遲系統(tǒng)進(jìn)入合束鏡。