[發明專利]超短脈沖激光器載波包絡相位偏移量的補償裝置及方法

有效

• 申請號: 202110592290.3
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113451868B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 馮野;王屹山;胡曉鴻;張挺;趙衛
• 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: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/10;H01S3/109
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 史曉麗

本發明涉及超短脈沖激光器，具體涉及一種超短脈沖激光器載波包絡相位偏移量的補償裝置及方法，以解決目前超短脈沖激光器載波包絡相位偏移量補償時，由于其信號頻率較高，導致采樣電路的成本較高，而且高速采樣電路產生的電磁噪聲，造成激光器內其它模塊無法正常工作的技術問題。本發明所采用的技術方案為：一種超短脈沖激光器載波包絡相位偏移量的補償裝置，包括沿信號傳輸方向上依次設置的激光光譜展寬裝置、拍頻信號產生裝置、信號預處理系統和信號采集及處理裝置；本發明還公開了一種超短脈沖激光器載波包絡相位偏移量的補償方法。

技術領域

本發明涉及超短脈沖激光器，具體涉及一種超短脈沖激光器載波包絡相位偏移量的補償裝置及方法。

背景技術

基于鎖模超短脈沖激光器的飛秒光頻梳有噪聲低且功率穩定的優點，它產生的周期性脈沖信號在頻域上具有高精度的、正交的頻率成分，其在高精度測量領域應用甚廣。利用飛秒光頻梳，可以實現大跨度高精度的測距，也能夠協助小衛星調節彼此間的相對姿態；還可以實現高精度的頻率傳遞，幫助時鐘群實現10^-11量級的時鐘同步；同時還能用于高頻低噪的雷達信號的產生，分子化學鍵的檢測。

飛秒光頻梳具有高穩定度的原因之一是因為在其核心(飛秒激光器)工作時，激光器內部的非線性過程可以被自動控制，從而抑制其輸出信號的噪聲。若要對這些非線性過程加以控制，首先要探測其變化，而這些變化反映在飛秒脈沖的載波包絡相位偏移量(CEO)上。飛秒光脈沖的CEO變化是相位變化，這個相位變化就演化出一個與之對應的CEO頻率。所以要控制飛秒激光器內的非線性過程，就是要控制飛秒脈沖的CEO頻率。這個頻率信號可以通過鎖相環進行精確控制。然而，CEO頻率信號的信噪比往往不足40dB，抖動劇烈，且漂動范圍很大。在實際操作中，必須要對CEO頻率進行預補償，待其接近目標頻率后，再啟動鎖相環對其進行控制。要實現全自動補償，最常用的方法是：對CEO信號做采樣后，利用傅里葉變換計算其中心頻率，再輸出相應的信號調節激光器的工作狀態。但基于此種原理的補償方法存在以下缺點：

1)對于高重頻的激光器，其CEO信號的最高頻率會達到幾百MHz或幾個GHz。這就要求很高頻率的采樣芯片，對信號完整性設計及電磁兼容性要求很高。

2)由于CEO信號的頻率較高，使高速的采樣電路會產生很強的電磁噪聲，從而影響激光器內其它模塊的正常工作，給整體的設計帶來額外困難，并且高速的采樣電路成本較高，增加了超短脈沖激光器的制作成本。

發明內容

本發明的目的在于解決目前超短脈沖激光器載波包絡相位偏移量補償時，由于CEO信號的頻率較高，導致采樣電路的成本較高，而且高速采樣電路產生的電磁噪聲，造成激光器內其它模塊無法正常工作的技術問題，而提供一種超短脈沖激光器載波包絡相位偏移量的補償裝置及方法。

本發明所采用的技術方案為：

一種超短脈沖激光器載波包絡相位偏移量的補償裝置，其特殊之處在于：

包括沿信號傳輸方向上依次設置的激光光譜展寬裝置、拍頻信號產生裝置、信號預處理系統和信號采集及處理裝置；

所述激光光譜展寬裝置用于將超短脈沖激光器發出的超短脈沖依次進行功率放大和光譜展寬，形成超連續譜信號；所述激光光譜展寬裝置通過光纖與拍頻信號產生裝置相連；

所述拍頻信號產生裝置用于將超連續譜信號依次進行色散補償和倍頻后，產生CEO信號；

所述信號預處理系統包括沿電路依次連接的光電探測器、濾波單元、放大器、混頻器和第一低通濾波器，以及掃頻源；所述光電探測器的輸入端與拍頻信號產生裝置的輸出端光纖連接；所述混頻器上設置有兩個信號輸入端口，一個輸入端口與放大器的輸出端口連接，另一個輸入端口與掃頻源的輸出端口連接，掃頻源用于向混頻器輸送線性掃頻信號；所述信號預處理系統用于將CEO信號依次進行電信號轉化、濾波、放大后，與掃頻信號進行混頻，最后轉化為低頻率電信號；