[發明專利]高精度單腔多梳頻率測量控制系統及方法

在審

• 申請號: 202210239209.8
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114640016A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 曾和平;郭政儒;劉婷婷
• 申請（專利權）人: 華東師范大學重慶研究院;上海朗研光電科技有限公司;云南華譜量子材料有限公司;廣東朗研科技有限公司;華東師范大學;重慶華譜智能裝備有限公司;重慶華譜量子科技有限公司
• 主分類號: H01S3/13
• 分類號: H01S3/13;H01S3/137;H01S3/098;G02B26/00;G02F1/01
• 代理公司: 重慶強大凱創專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 趙玉乾

本發明涉及激光技術以及光電控制技術領域，公開了高精度單腔多梳頻率測量控制系統及方法，該系統包括：單腔多梳脈沖振蕩器、頻率探測模塊和頻率反饋控制模塊，所述單腔多梳脈沖振蕩器用于輸出至少兩個中心波長和重復頻率均具有一定差值的鎖模脈沖串；所述頻率探測模塊用于對鎖模脈沖串的頻率分別同時進行探測，并輸出電信號；所述頻率反饋控制模塊用于將頻率探測模塊的電信號進行規范處理，然后輸送至單腔多梳脈沖振蕩器中的頻率響應點，控制頻率響應點應變，實現對鎖模脈沖串的頻率(重復頻率、重復頻率差、載波包絡偏移頻率)進行反饋控制。本發明的方法及系統，能夠解決多光梳激光器頻率漂移的問題，實現對多種頻率的精確控制與穩定。

技術領域

本發明涉及激光技術以及光電控制技術領域，具體涉及高精度單腔多梳頻率測量控制系統及方法。

背景技術

光頻梳技術的出現為精確的光學測量提供了新的解決方案，是2005年諾貝爾物理學獎獲得者的重要成果。光頻梳通常基于鎖模脈沖激光器實現，其在頻域中顯示為等頻率間隔(激光器重復頻率)的一系列頻率分量，在時域上為等時間隔的脈沖串。光頻梳技術已經被廣泛應用在光譜技術中，其中，基于多光梳的相干光譜技術具有采集時間快、靈敏度高、分辨率精度高等優點，已經展現出巨大的應用潛力。

對于多光梳光譜技術而言，傳統的做法是依賴多臺獨立且具有一定重頻差的鎖模脈沖激光器，通過復雜且專業的光電轉化及探測技術將它們的頻率信息鎖定，從而實現多光梳光源。整個系統龐大且復雜，專業且脆弱，不利于多光梳光譜技術的發展推廣。

近年來，研究人員發明了一種多波長激光器，可以極大簡化多光梳光源的實現。以雙波長激光器為例，顧名思義，雙波長鎖模脈沖激光器即一臺激光器可以同時輸出兩個不同波長(λ1和λ2)的鎖模脈沖，且不同波長的鎖模脈沖具有不同的重復頻率(f1和f2,f1≠f2，f1-f2＝Δf)。雙波長激光器通常基于一個公共的諧振腔實現，其共模噪聲被有效抑制，兩個波長脈沖之間的相干性極大提高，f1和f2的變化趨勢一致，Δf(重頻差)在一個很小范圍抖動(Hz量級)；不同波長脈沖串對應的載波包絡偏移頻率(carrier envelope offsetfrequency,fceo)fceo1和fceo2的變化也相對跟隨，位置不固定，兩者的差值Δfceo存在一定的抖動。因此，對于這種多光梳激光器，如何實現其所有頻率的精確控制與穩定，是實現高精度多光梳光源的關鍵因素。

發明內容

本發明意在提供高精度單腔多梳頻率測量控制系統及方法，能夠解決多光梳激光器頻率漂移的問題，實現對多種頻率的精確控制與穩定。

本發明提供的技術方案為：高精度單腔多梳頻率測量控制系統，包括：單腔多梳脈沖振蕩器、頻率探測模塊和頻率反饋控制模塊，所述單腔多梳脈沖振蕩器包括激光器、輸出端口和頻率響應點，所述激光器用于輸出至少兩個中心波長和重復頻率均具有一定差值的鎖模脈沖串，所述輸出端口用于將鎖模脈沖串按激光波長分束后傳送至頻率探測模塊，所述頻率響應點用于對頻率反饋控制模塊處理的電信號進行響應，實現對各頻率信號的分別鎖定；所述頻率探測模塊用于對鎖模脈沖串的頻率分別同時進行探測，并輸出電信號；所述頻率反饋控制模塊用于將頻率探測模塊的電信號進行規范處理，然后輸送至單腔多梳脈沖振蕩器中的頻率響應點，控制頻率響應點應變，實現對鎖模脈沖串的頻率進行反饋控制。

本發明的工作原理及優點在于：對于單腔多梳脈沖振蕩器輸出的若干重復頻率并具有一定差值的鎖模脈沖串(不同波長對應不同的重復頻率及載波包絡偏移頻率)，通過頻率探測模塊實現對其輸出各個鎖模脈沖串的同時探測，并輸出電信號。通過頻率反饋控制模塊進行反饋和控制脈沖振蕩器內設置的頻率響應點，以實現對其輸出雙波長脈沖串的各頻率信號的穩定控制，解決了多光梳激光器頻率漂移的問題，實現對多種頻率的精確控制與穩定。頻率穩定的單腔多梳光源可以作為高穩定性、高互相干性以及戶外可用的超快光梳光源，用于高精度距離探測，高精度光譜測量，高速光纖通訊，高精度頻率度量學等應用領域。