[發明專利]一種基于雙環形集成諧振腔的四光梳同步生成方法

有效

• 申請號: 202110944160.1
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113659418B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 楊睿韜;孫昊;胡鵬程;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01S3/083
• 分類號: H01S3/083;H01S3/094;H01S3/13
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 孫莉莉

本發明提出一種基于雙環形集成諧振腔的四光梳同步生成方法，所述方法使泵浦源輸出泵浦光，向增益模塊提供泵浦并生成激光，在雙環形集成諧振腔內循環傳播，切斷第二分路的光路，使激光只能經過第一分路在腔內傳播，并生成雙光梳；切斷第一分路的光路，恢復第二分路的光路，使激光只能經過第二分路在腔內傳播并生成雙光梳；恢復第一分路和第二分路的光路，記錄重復頻率，調節兩個分路引入的光程，再生成同步四光梳。本發明所述方法相干性好、可集成性好、重復頻率可調性好，并且成本低易實現。

技術領域

本發明屬于激光技術領域，特別是涉及一種基于雙環形集成諧振腔的四光梳同步生成方法。

背景技術

遠距離高精度激光測距技術是衛星編隊飛行等尖端航天領域中的關鍵技術組成部分，對于我國發展深空探測科學領域具有重要意義。相比于傳統激光測距方法，基于光梳的新型激光測距方法兼有范圍遠、精度高、速度快的優點，如2000年Minoshima等提出的光梳模間拍頻干涉測距方法、2009年Coddington等提出的雙光梳光學采樣干涉測距方法以及2018年張福民等提出的三光梳多外差干涉測距方法等。隨著光源擴展至三光梳，測距方法的不模糊測量范圍也擴展至150米，并可根據該研究進一步預測，應用不同重復頻率的四光梳，將使得測距不模糊范圍進一步擴展至百公里以上。因此四光梳光源的研制是遠距離高精度激光測距技術所面臨的下一階段性難題，對于星間測距、衛星編隊以及我國深空探測事業的發展都具有重大意義，亟待解決。

上述需求對四光梳光源在集成性、相干性和重復頻率可調性等方面都提出了較高要求。深空探測技術，要求上天的裝置體積小，因此對四光梳提出集成性要求；光梳測距方法屬于一種激光干涉測距方法，對四光梳提出相干性要求；光梳測距方法為了提升”不模糊測量范圍“，對四光梳的重復頻率值有不同的要求，需要較為靈活的重復頻率可調性。現有四光梳同步生成方法，根據所使用的激光器類型，可分為固體激光器實現方法、微諧振腔激光器實現方法和光纖激光器實現方法。

固體激光器實現方法：目前現有技術中提出在同一臺固體鎖模激光器中，通過合理地分配腔內空間、設計多條不同長度的諧振光路，實現大功率、重復頻率可調的多光梳同步生成的方法，可用于四光梳生成。但是該方法基于純空間光路結構，光路調節難度極大，對裝置與環境的穩定性要求極高，體積龐大、價格昂貴，限制了該方法的實際應用。此外，盡管多條諧振光路共用同一套裝置，但使用的仍然是裝置的不同部分，光束透過增益介質的不同區域所生成的光梳也無法保證較好的相干性。

微諧振腔激光器實現方法：目前現有技術中提出使用多個集成微諧振腔，分別生成光梳，實現高度集成的多光梳同步生成的方法，可用于四光梳生成。但是微腔半導體產品一經制造完成則無法再次調整重復頻率，且受半導體加工精度和工藝限制，在實際應用中難以保證所生成的多個光梳特性一致，影響相干性，并且成本高昂。

光纖激光器實現方法：使用光纖激光器同步生成四光梳的方法，則兼顧了集成性與低成本的優點。目前現有技術中提出在一個光纖鎖模激光器內，通過使用光學濾波器分割增益頻帶，在光學濾波器的四個光學通帶范圍內分別生成光梳，即可實現高度集成的同步四光梳生成的方法，但是該方法所生成的四光梳在原理上具有相互分離的光譜，無法直接用于光梳干涉測量當中。文獻[Ting Li et al.Tri-Comb and Quad-Comb GenerationBased on a Multi-Dimensional Multiplexed Mode-Locked Laser.J.LightwaveTechnol.2019,37:5178-5184]提出多維度復用的方法，使用光學濾波器將激光器的增益頻帶僅分為兩部分，再利用保偏光纖在每個光學通帶范圍內同時生成不同偏振態的光梳，即可實現高度集成、可直接干涉的同步四光梳生成，但是該方法生成四光梳的重復頻率差值僅來源于不同波長和保偏光纖不同光軸的折射率差值，導致重復頻率可調性受到局限，只能對四光梳同步地調節，難以通過對其中部分光梳的重復頻率單獨調節以實現較大的重復頻率差值，因此在測距應用中將會限制其對不模糊測量范圍的進一步擴展。