[發明專利]一種重復頻率可調的單腔雙光頻梳產生裝置和方法

在審

• 申請號: 202210443882.3
• 申請日: 2022-04-26
• 公開（公告）號: CN114825000A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 李曉洲;李博;楊博
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01S3/05
• 分類號: H01S3/05;H01S3/067;H01S3/08
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 許明章;王海波

1.一種重復頻率可調的單腔雙光頻梳產生裝置，其特征在于，所述的單腔雙光頻梳產生裝置包括光學諧振腔(1)和光頻梳重頻調控模塊；所述光學諧振腔(1)用于產生具有特定重復頻率的第一光頻梳；所述光頻梳重頻調控模塊嵌入光學諧振腔(1)內，利用光學自成像原理實現對第一光頻梳重復頻率倍頻，通過控制倍頻因子，產生重復頻率可調的第二光頻梳；

為了在光學諧振腔(1)中嵌入所述的光頻梳重頻調控模塊，將光學諧振腔(1)中光纖任一位置處設置一個插入點，在插入點處將光學諧振腔(1)中的光纖截；對于截斷處的兩端光纖，沿光隔離器(2)限制的光脈沖信號傳輸方向，先通過的端口為光學諧振腔(1)的第一端口(1a)，隨后通過的端口為光學諧振腔(1)的第二端口(1b)；所述的光學諧振腔(1)的第一端口(1a)與第一光環形器(4)的第一端口(4a)連接，所述的光學諧振腔(1)第二端口(1b)與第二光環形器(9)的第三端口(9c)連接，實現所述的光學諧振腔(1)與所述的光頻梳重頻調控模塊相連接；

所述的光頻梳重頻調控模塊包括第一光環形器(4)、頻域二階相位調制模塊(5)、第一相位調制器(6)、第二光耦合器(7)、第二相位調制器(8)和第二光環形器(9)，其中第一光環形器(4)包括第一端口(4a)、第二端口(4b)、第三端口(4c)，第二光環形器(9)包括第一端口(9a)、第二端口(9b)、第三端口(9c)三個端口，頻域二階相位調制模塊(5)包括第一端口(5a)、第二端口(5b)兩個端口；所述的光學諧振腔(1)內的光脈沖信號在光學諧振腔(1)的第一端口(1a)處經第一端口(4a)進入第一光環形器(4)，由第二端口(4b)輸出后，通過第一端口(5a)進入頻域二階相位調制模塊(5)，實現對光脈沖信號的頻域二階相位調制一，完成光脈沖信號時域重復頻率倍頻；經過頻域二階相位調制一的光脈沖信號再次由第一端口(5a)輸出，經第二端口(4b)進入第一環形器(4)，之后由第三端口(4c)輸出，進入第一相位調制器(6)；所述的第一相位調制器(6)用于將調制波形一調制到光脈沖信號相位上，實現對光脈沖信號的時域二階相位調制一，完成光脈沖信號頻域重復頻率倍頻；經過時域二階相位調制后的光脈沖信號通過第二光耦合器(7)后分配為兩部分，功率少的部分用于輸出第二光頻梳，功率多的部分沿光路繼續傳輸；所述的第二光頻梳的重復頻率為第一光耦合器(3)輸出的第一光頻梳重復頻率的整數倍，通過調控頻域二階相位調制一與時域二階相位調制一，可以改變倍頻因子，實現第二光頻梳重復頻率可調；所述的通過第二光耦合器(7)功率多的部分繼續沿光路傳輸，進入第二相位調制器(8)，通過第二相位調制器(8)將調制波形二調制到光脈沖信號相位上，實現對光脈沖信號的時域二階相位調制二，用于補償所述的時域二階相位調制一；完成時域二階相位調制二后的光脈沖信號經第一端口(9a)輸入第二光環形器(9)，由第二端口(9b)輸出，經第二端口(5b)進入頻域二階相位調制模塊(5)，實現頻域二階相位調制二，用于補償所述的頻域二階相位調制一；完成頻域二階相位調制二的光脈沖再由第二端口(5b)輸出后，經第二端口(9b)進入第二環形器(9)，之后由第三端口(9c)輸出，并經過光學諧振腔(1)的第二端口(1b)最終回到光學諧振腔(1)內，完成一個周期循環；通過所述的頻域二階相位調制二、時域二階相位調制二分別實現對所述的頻域二階相位調制一、時域二階相位調制一的相位補償，從而使第二光環形器(9)的第三端口(9c)輸出的光脈沖信號與進入第一端口(4a)的光脈沖信號完全一致，能夠保證光學諧振腔的穩定運行。

2.基于權利要求1所述的單腔雙光頻梳產生裝置實現的，重復頻率可調的單腔雙光頻梳產生方法，其特征在于，所述的光學諧振腔(1)包含光隔離器(2)和第一光耦合器(3)；所述的光隔離器(2)用于限制光脈沖信號在整個系統中沿單向傳輸，防止反向放大的自發輻射噪聲光在光纖中傳輸；所述的第一光耦合器(3)將光學諧振腔(1)中的光脈沖信號按照功率分配比例分為兩部分，功率少的部分作為輸出，輸出第一光頻梳，功率多的部分仍保留在光學諧振腔(1)內循環傳輸。

3.基于權利要求1或2所述的單腔雙光頻梳產生裝置實現的，重復頻率可調的單腔雙光頻梳產生方法，其特征在于，包括以下幾個步驟：

(1)構建任一光學諧振腔，該諧振腔包含光隔離器等光學器件，使其能夠穩定運行；該諧振腔至少包含一個輸出端口第一光耦合器，使其能夠輸出第一光頻梳，重復頻率為f_rep1；在光學諧振腔的任一位置處設置一個插入點，用于后續連接光頻梳重頻調控模塊；

(2)構建光頻梳重頻調控模塊，通過兩個光環形器依次與光學諧振腔的插入點兩端連接，實現將光頻梳重頻調控模塊嵌入光學諧振腔中，使其能夠輸出第二光頻梳，重復頻率為f_rep2；光頻梳重頻調控模塊產生第二光頻梳方法如下：

光學諧振腔產生的第一光頻梳經第一光耦合器分光后，功率較少的部分用于輸出第一光頻梳，功率較多的部分由第一光環形器輸入光頻梳重頻調控模塊，在光頻梳重頻調控模塊中依次經頻域二階相位調制一及時域二階相位調制一，分別實現光脈沖信號時域及頻域重復頻率倍頻；頻域二階相位調制一所涉及的相位改變一為：其中p為任意與q互質的正整數，k表示第k根梳齒線；時域二階相位調制一所涉及的調制波形一為：其中s由下式求得，n表示第n個脈沖；經第二光耦合器分光后，功率較少的部分光用于輸出第二光頻梳，功率較多的部分仍留在光頻梳重頻調控模塊中繼續傳輸；

(3)經第二光耦合器分光后功率較多的部分，依次通過時域二階相位調制二及頻域二階相位調制二，時域二階相位調制二所涉及的調制波形二、頻域二階相位調制二所涉及的相位改變二，分別與步驟(2)中所述的時域二階相位調制一所涉及的調制波形一、頻域二階相位調制二所涉及的相位改變一完全相反，相位改變分別為：和-φ，使得其輸出光脈沖信號恢復到與步驟(2)中所述的進入光頻梳重頻調控模塊的光脈沖信號完全一致的狀態，由第二光環形器進一步匯入光學諧振腔，形成閉環，參與產生第一光頻梳；

(4)為實現第二光頻梳重復頻率可調，可以通過調節步驟(2)及(3)中頻域二階相位調制所涉及的相位改變及時域二階相位調制所涉及的調制波形。