一種利用電光晶體實(shí)現(xiàn)寬帶載波包絡(luò)偏頻控制的光梳系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光梳的頻率控制技術(shù)，利用晶體電光效應(yīng)控制激光偏振態(tài)，實(shí)現(xiàn)光梳載波包絡(luò)偏頻快速控制，能有效提高頻率控制帶寬，進(jìn)而提升光梳系統(tǒng)的頻率控制精度。
【背景技術(shù)】
[0002]光梳也稱“光學(xué)頻率綜合器”，是一種頻率完全受控的鎖模激光器，可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)頻率到微波頻率(或者其它光學(xué)頻率)的高精度頻率變換。光梳自上世紀(jì)末發(fā)明以來，已經(jīng)在光頻標(biāo)研究、高精度光學(xué)頻率傳遞、激光雷達(dá)研制、超穩(wěn)微波信號產(chǎn)生和精密光譜學(xué)等眾多研究領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。
[0003]光梳的受控頻率有兩個(gè):重復(fù)頻率(f；)和載波包絡(luò)偏頻(f_)。作為頻率綜合器，光梳最重要的指標(biāo)是頻率控制精度，一般用頻率穩(wěn)定度和剩余相位抖動(dòng)來表示。提高頻率控制速度是提高頻率控制精度指標(biāo)的根本途徑，通常頻率控制速度用控制帶寬來表示。早期的光梳系統(tǒng)中的f；是通過壓電陶瓷控制光學(xué)腔長度的方法實(shí)現(xiàn)的，由于機(jī)械響應(yīng)較慢，控制帶寬大多在千赫茲到十千赫茲量級。是通過控制光梳的栗浦激光功率來實(shí)現(xiàn)的，控制帶寬一般在十千赫茲到百千赫茲量級。
[0004]美國科學(xué)家率先利用電光晶體調(diào)制器(Ε0Μ)實(shí)現(xiàn)了光學(xué)腔長度的快速控制，控制帶寬達(dá)到了幾百千赫茲，大幅提高了匕的控制精度[Hudson et al.0L 2005]。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要受限于電控部分的響應(yīng)速度。后來國外科學(xué)家利用這一方法，將f；控制帶寬提升到兆赫茲量級，進(jìn)一步提升了 f；這一頻率量的控制能力。然而，￡_的控制技術(shù)一直鮮有突破，有科學(xué)家采用后補(bǔ)償?shù)姆绞剑寐暪庹{(diào)制器(Α0Μ)對光梳信號進(jìn)行光學(xué)移頻，但其控制帶寬依然沒有達(dá)到兆赫茲量級。而且，兩種空制方式都有明顯的缺陷。通過寬帶控制栗浦電流的方式，由于電流較大，因此對應(yīng)的寬帶噪聲水平也較高，在提升控制帶寬的同時(shí)會不可避免的引入更多的噪聲；通過Α0Μ移頻的方式一方面Α0Μ的損傷閾值限制了光梳功率，并且Α0Μ會引入一定的功率損耗。另一方面激光通過Α0Μ后會引入與調(diào)制頻率相關(guān)的光學(xué)分量，這些多余的光譜分量有可能會影響光梳的后期應(yīng)用。此外，Α0Μ的最佳工作頻率固定，且工作范圍很窄，使得其對之㈤信號的控制范圍很有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種利用晶體電光效應(yīng)控制光學(xué)腔中激光偏振態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)U夬速控制的光梳系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)光梳f _的寬帶鎖定，使f _的控制帶寬達(dá)兆赫茲量級，從而獲得高精度的光梳系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括光路部分和電路部分；所述光路部分包括飛秒激光源、f；探測裝置和產(chǎn)生和探測裝置；所述電路部分包括鎖相環(huán)控制裝置和fra。鎖相環(huán)控制裝置；所述飛秒激光源產(chǎn)生的飛秒脈沖由光纖耦合器耦合進(jìn)光纖之后，經(jīng)光纖分束器將輸出功率分成三份，其中一份傳輸至f；探測裝置獲得仁信號；另一份進(jìn)入產(chǎn)生和探測裝置獲得€_信號，剩余的一份作為光梳系統(tǒng)的輸出；所述的t信號和之^言號分別與外部參考信號進(jìn)行混頻后，輸出給相應(yīng)的鎖相環(huán)電路，通過鑒相、比例積分處理，分別得到f；和f _反饋控制信號，然后分別利用f r^P f _的反饋控制信號驅(qū)動(dòng)所述飛秒激光源，將f；和fra。鎖定到穩(wěn)定的外部參考源上。
[0007]所述飛秒激光源產(chǎn)生的飛秒脈沖經(jīng)光纖分束器功分后，傳輸至f；探測裝置的平均功率為毫瓦級，傳輸至產(chǎn)生和探測裝置的平均功率為毫瓦級至十毫瓦級。
[0008]所述產(chǎn)生和探測裝置包括光纖放大裝置、脈沖壓縮裝置、光譜擴(kuò)展裝置和自參考外差拍頻裝置；輸入的飛秒脈沖經(jīng)光纖放大裝置進(jìn)行一級或兩極脈沖放大后，進(jìn)入脈沖壓縮裝置進(jìn)行脈沖壓縮，壓縮后的飛秒脈沖經(jīng)光譜擴(kuò)展裝置和自參考外差拍頻裝置，由光電探測器探測得到信號。
[0009]所述飛秒激光源采用環(huán)形的光學(xué)腔，包括串接的偏振控制器件、f；控制器件、fceo控制器件、脈沖輸出器件、色散控制器件、增益光纖和傳輸光纖。
[0010]所述f；控制器件包括壓電陶瓷控制器和電光晶體，壓電陶瓷控制器通過控制電壓的變化改變光學(xué)腔腔長；所述f。』空制器件采用電光晶體。
[0011 ] 所述的電光晶體采用點(diǎn)群對稱性為3m的系列晶體。
[0012]所述的電光晶體采用鈮酸鋰晶體或鉭酸鋰晶體。
[0013]所述f；控制器件的電光晶體的電場沿晶體光軸方向，激光垂直于光軸方向傳播，且將所述電光晶體放置在偏振分光棱鏡透光位置，保證入射所述電光晶體的激光偏振態(tài)與光學(xué)腔平面平行；所述f?！豢罩破骷碾姽饩w沿晶體光軸方向切割，激光沿光軸方向傳播，電場垂直于光軸方向施加。
[0014]所述的電光晶體中，垂直于通光方向的平面上鍍有相應(yīng)通光波長的增透膜，垂直于電場施加方向的平面上鍍有導(dǎo)電介質(zhì)。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:提出一種利用晶體電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)匕㈤寬帶控制的光梳系統(tǒng)，利用晶體電光效應(yīng)能夠快速改變激光偏振態(tài)的特性，結(jié)合光梳系統(tǒng)中。的頻率受光學(xué)腔內(nèi)激光偏振態(tài)控制的特點(diǎn)，將特殊設(shè)計(jì)的電光晶體引入到光梳系統(tǒng)中，提高的帶寬，進(jìn)而提尚光梳的控制精度。該系統(tǒng)可以使f(；e。的控制帶寬提尚到從未達(dá)到的兆赫茲量級，能夠降低光梳系統(tǒng)中高頻噪聲。利用晶體電光效應(yīng)控制的方法，避免了激光栗浦功率作為控制量時(shí)，引入到光梳系統(tǒng)的頻率噪聲，提高系統(tǒng)控制精度。對光學(xué)頻率合成、相干脈沖合成及阿秒脈沖產(chǎn)生等技術(shù)具有推動(dòng)作用。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明利用晶體電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)寬帶控制的光梳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明產(chǎn)生和探測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明具體實(shí)施案例中摻鉺光纖光梳系統(tǒng)中透射式光學(xué)腔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明摻鉺光纖光梳系統(tǒng)中反射式光學(xué)腔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5是本發(fā)明摻鉺光纖光梳系統(tǒng)中反射式光學(xué)腔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖6是本發(fā)明用于控制f；的電光晶體示意圖；
[0022]圖7是計(jì)算獲得的控制f；所用電光晶體施加不同電壓對激光偏振態(tài)作用示意圖；
[0023]圖8是本發(fā)明用于控制的電光晶體示意圖；
[0024]圖9是計(jì)算獲得的控制用電光晶體施加不同電壓對激光偏振態(tài)作用示意圖；
[0025]圖中，1-飛秒激光源，2-f；探測裝置，3-f _產(chǎn)生和探測裝置，4-控制f 1^的鎖相環(huán)電路，5-控制^的鎖相環(huán)電路，6-參考信號源，7-光纖放大裝置，8-脈沖壓縮裝置，9-光譜擴(kuò)展裝置，10-自參考外差拍頻裝置，11-壓電陶瓷控制器，12-四分之一波片，13-偏振分束棱鏡，14-電光晶體，15-四分之一波片，16-親合器，17-反射鏡，18-電光晶體，19- 二分之一波片，20-四分之一波片，21-普通單模光纖，22-光纖耦合器，23- 二分之一波片，24-栗浦激光源，25-摻鉺光纖，26-位移平臺。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。
[0027]本發(fā)明提出了一種利用晶體電光效應(yīng)控制光學(xué)腔中激光偏振的方法，實(shí)現(xiàn)了 f_寬帶頻率控制的光梳系統(tǒng)。首先，由于電光效