F-p腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成方法與裝置的制造方法
【專利摘要】F?P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成方法與裝置屬于超快激光技術(shù)領(lǐng)域。本方法利用分光鏡使一臺(tái)穩(wěn)頻激光器提供兩束源激光，通過兩個(gè)并聯(lián)配置的聲光移頻器與兩個(gè)內(nèi)部含有電光調(diào)制器的F?P腔生成雙光學(xué)頻率梳,利用腔外的色散補(bǔ)償器件擴(kuò)展所生成頻率梳的光譜范圍，由參考同一個(gè)頻率基準(zhǔn)的兩臺(tái)雙通道信號發(fā)生器分別為聲光移頻器和電光調(diào)制器提供調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號，得到各梳齒外差干涉信號頻率呈等差數(shù)列分布的外差雙光學(xué)頻率梳，本發(fā)明還提供了一種F?P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成裝置；本方法生成的外差雙光學(xué)頻率梳具有光譜范圍大、頻率一致性好的特點(diǎn)，所提出的外差雙光學(xué)頻率梳生成裝置具有系統(tǒng)集成度高，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
F-P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成方法與裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于超快激光技術(shù)，主要涉及一種基于F-P腔腔內(nèi)調(diào)制及腔外色散補(bǔ)償和并聯(lián)式雙聲光移頻的外差雙光學(xué)頻率梳生成方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于光學(xué)頻率梳具有在時(shí)域上表現(xiàn)為超短激光脈沖序列、在頻域上表現(xiàn)為梳狀等間隔多光譜的特性，使其在精密光譜分析、絕對距離測量、激光波長校準(zhǔn)、時(shí)頻信號傳遞等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]近年來，在精密光譜分析與絕對距離測量領(lǐng)域中，基于外差雙光學(xué)頻率梳的測量方法不斷發(fā)展，已經(jīng)成為其各自領(lǐng)域中的重要研究方向。頻域方面，外差雙光學(xué)頻率梳之間各個(gè)梳齒的外差干涉信號呈等差數(shù)列分布，便于高精度的提取各個(gè)梳齒的干涉測量信息。時(shí)域方面，外差雙光學(xué)頻率梳之間各個(gè)脈沖的時(shí)間間隔周期性變化，其測量效果與脈沖掃描狀態(tài)一致，可大幅節(jié)約測量時(shí)間。
[0004]現(xiàn)有的外差雙光學(xué)頻率梳生成方法主要基于兩套飛秒頻率梳系統(tǒng)的互鎖定控制。但該方法中兩套飛秒頻率梳系統(tǒng)的頻率一致性受互鎖定控制精度限制，同時(shí)其實(shí)現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，制約了精密光譜分析和絕對距離測量領(lǐng)域中基于外差雙光學(xué)頻率梳測量方法的進(jìn)一步發(fā)展。另外，光學(xué)頻率梳的光譜范圍對上述領(lǐng)域的測量范圍與精度具有決定性作用。因此，亟需一種大光譜范圍、高頻率一致性、低成本的外差雙光學(xué)頻率梳生成方法與裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種F-P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成方法與裝置，達(dá)到實(shí)現(xiàn)大光譜范圍、高頻率一致性、低成本的外差雙光學(xué)頻率梳生成的目的。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種F-P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成方法，該方法步驟如下:
[0008](I)—個(gè)穩(wěn)頻激光器的出射光頻率為VQ，所述出射光經(jīng)過光學(xué)隔離器后被分光器分為兩束激光，所述兩束激光分別通過兩個(gè)聲光調(diào)制移頻器，所述兩個(gè)聲光調(diào)制移頻器的調(diào)制頻率值分別為fjPf2，所述兩個(gè)聲光調(diào)制移頻器輸出的兩束+1級移頻衍射光頻率值分別為vo+f^P vo+f2，所述兩束+1級移頻衍射光分別輸入兩個(gè)F-P腔，兩個(gè)F-P腔內(nèi)各自含有的一個(gè)電光調(diào)制器的調(diào)制頻率分別為f3和f4，所述兩個(gè)F-P腔分別輸出一束光學(xué)頻率梳，兩束光學(xué)頻率梳分別輸入兩個(gè)色散補(bǔ)償器件，兩個(gè)色散補(bǔ)償器件各自輸出的一束光學(xué)頻率梳構(gòu)成外差雙光學(xué)頻率梳；
[0009](2)上述外差雙光學(xué)頻率梳中兩束光學(xué)頻率梳的中心梳齒頻率分別為vo+fjPvo+f2，所述兩束光學(xué)頻率梳的中心梳齒頻率差值為I f1-f21，所述兩束光學(xué)頻率梳的中心梳齒頻率偏頻鎖定；
[0010](3)上述外差雙光學(xué)頻率梳中兩束光學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率分別SfdPf4，所述兩束光學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率差值為I f3-f4 I，所述兩束光學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率異頻鎖定；
[0011 ] (4)上述外差雙光學(xué)頻率梳中兩束光學(xué)頻率梳第i階梳齒的頻率分別表示為vo+f#i Xf3和VQ+f2+i Xf4，所述兩束光學(xué)頻率梳第i階梳齒的外差干涉信號頻率為|f1-f2 |+i Xf3-f41，所述兩束光學(xué)頻率梳的中心梳齒頻率差值I f1-f21與重復(fù)頻率差值I f3-f41滿足I負(fù)-f2|>|i|x f 3-f 41，所述兩束光學(xué)頻率梳第i階梳齒的外差干涉信號頻率呈等差數(shù)列；
[0012](5)并聯(lián)配置的初級聲光調(diào)制移頻器和次級聲光調(diào)制移頻器的調(diào)制信號由同一臺(tái)雙通道信號發(fā)生器提供，上述兩個(gè)電光調(diào)制器的調(diào)制信號由另一臺(tái)雙通道信號發(fā)生器提供，兩臺(tái)雙通道信號發(fā)生器的參考頻率信號由同一個(gè)參考頻率振蕩器提供。
[0013]—種F-P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成裝置，在穩(wěn)頻激光器的出射光路上依次配置光學(xué)隔離器和分光鏡;在所述分光鏡的透射光路上配置聲光調(diào)制移頻器A，在所述聲光調(diào)制移頻器A的+1級移頻衍射光路上配置F-P腔A，所述F-P腔A由前腔鏡a、后腔鏡a和電光調(diào)制器A組成，在F-P腔A外部配置色散補(bǔ)償器件A，所述聲光調(diào)制移頻器A的+1級移頻衍射光依次通過前腔鏡a、電光調(diào)制器A、后腔鏡a和色散補(bǔ)償器件A;在所述分光鏡的反射光路上依次配置反射鏡、聲光調(diào)制移頻器B，在所述聲光調(diào)制移頻器B的+ 1級移頻衍射光路上配置F-P腔B，所述F-P腔B由前腔鏡b、后腔鏡b和電光調(diào)制器B組成，在F-P腔B外部配置色散補(bǔ)償器件B，所述聲光調(diào)制移頻器B的+1級移頻衍射光依次通過前腔鏡b、電光調(diào)制器B、后腔鏡b和色散補(bǔ)償器件B;參考頻率振蕩器與雙通道信號發(fā)生器A、雙通道信號發(fā)生器B分別連接，所述雙通道信號發(fā)生器A與聲光調(diào)制移頻器A、聲光調(diào)制移頻器B分別連接，所述雙通道信號發(fā)生器B與電光調(diào)制器A、電光調(diào)制器B分別連接。
[0014]本發(fā)明具有以下特點(diǎn)及良好效果:
[0015](I)與現(xiàn)有的外差雙光學(xué)頻率梳生成方法相比，本發(fā)明利用一臺(tái)穩(wěn)頻激光器為外差雙光學(xué)頻率梳的生成過程提供源激光，所生成的外差雙光學(xué)頻率梳頻率一致性好。
[0016](2)利用F-P腔腔內(nèi)調(diào)制式光學(xué)頻率梳生成方法與裝置簡化了外差雙光學(xué)頻率梳生成裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了實(shí)現(xiàn)成本。
[0017](3)并聯(lián)式雙聲光移頻方法與裝置配合同步異頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了外差雙光學(xué)頻率梳中心梳齒頻率的偏頻鎖定。
[0018](4)雙F-P腔腔內(nèi)相位調(diào)制方法與裝置配合同步異頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了外差雙光學(xué)頻率梳重復(fù)頻率的異頻相互鎖定。
[0019](5)F_P腔由雙腔鏡構(gòu)成，腔體結(jié)構(gòu)簡單，抗環(huán)境振動(dòng)干擾能力強(qiáng)，裝置穩(wěn)定性高。
[0020](6)在諧振腔腔外放置色散補(bǔ)償器件，可大幅減小環(huán)形腔尺寸，有利于諧振腔長的減小進(jìn)而提升外差雙光學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率。
【附圖說明】
[0021]圖1為F-P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中件號說明:I穩(wěn)頻激光器、2光學(xué)隔離器、3分光器、4反射鏡、5聲光移頻器A、6聲光移頻器B、7F-P腔A、8前腔鏡a、9后腔鏡a、10F-P腔匕11前腔鏡13、12后腔鏡13、13電光調(diào)制器A、14電光調(diào)制器B、15色散補(bǔ)償器件A、16色散補(bǔ)償器件B、17參考頻率振蕩器、18雙通道信號發(fā)生器A、19雙通道信號發(fā)生器B。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0024]—種F-P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成裝置，在穩(wěn)頻激光器I的出射光路上依次配置光學(xué)隔離器2和分光鏡3;在所述分光鏡3的透射光路上配置聲光調(diào)制移頻器A5，在所述聲光調(diào)制移頻器A5的+ 1級移頻衍射光路上配置F-P腔A7，所述F-P腔A7由前腔鏡a8、后腔鏡a9和電光調(diào)制器A13組成，在F-P腔A7外部配置色散補(bǔ)償器件A15，所述聲光調(diào)制移頻器A5的+1級移頻衍射光依次通過前腔鏡a8、電光調(diào)制器A13、后腔鏡a9和色散補(bǔ)償器件A15;在所述分光鏡3的反射光路上依次配置反射鏡4、聲光調(diào)制移頻器B6，在所述聲光調(diào)制移頻器B6的+1級移頻衍射光路上配置F-P腔B10，所述F-P腔BlO由前腔鏡bll、后腔鏡bl2和電光調(diào)制器B14組成，在F-P腔BlO外部配置色散補(bǔ)償器件B16，所述聲光調(diào)制移頻器B6的+1級移頻衍射光依次通過前腔鏡bl 1、電光調(diào)制器B14、后腔鏡bl2和色散補(bǔ)償器件B16;參考頻率振蕩器17與雙通道信號發(fā)生器A18、雙通道信號發(fā)生器B19分別連接，所述雙通道信號發(fā)生器A18與聲光調(diào)制移頻器A5、聲光調(diào)制移頻器B6分別連接，所述雙通道信號發(fā)生器B19與電光調(diào)制器A13、電光調(diào)制器B14分別連接。
[0025]所述的F-P腔A7的前腔鏡a8、后腔鏡a9和F-P腔BlO的前腔鏡bll、后腔鏡bl2包括平面鏡、凹面鏡和凸面鏡腔鏡類型。
[0026]所述的色散補(bǔ)償器件A15和色散補(bǔ)償器件B16包括光柵對、棱鏡對和色散補(bǔ)償光纖。
[0027]所述的電光調(diào)制器A13和電光調(diào)制器B14包括電光強(qiáng)度調(diào)制器和電光相位調(diào)制器。
[0028]所述的參考頻率振蕩器17包括原子鐘、晶體振蕩器、陶瓷振蕩器、電子振蕩器。
[0029]—種F-P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成方法，該方法步驟如下:
[0030](I)—個(gè)穩(wěn)頻激光器的出射光頻率為vq，所述出射光經(jīng)過光學(xué)隔離器后被分光器分為兩束激光，所述兩束激光分別通過兩個(gè)聲光調(diào)制移頻器，所述兩個(gè)聲光調(diào)制移頻器的調(diào)制頻率值分別為fjPf2，所述兩個(gè)聲光調(diào)制移頻器輸出的兩束+1級移頻衍射光頻率值分別為vo+f^P vo+f2，所述兩束+1級移頻衍射光分別輸入兩個(gè)F-P腔，兩個(gè)F-P腔內(nèi)各自含有的一個(gè)電光調(diào)制器的調(diào)制頻率分別為f3和f4，所述兩個(gè)F-P腔分別輸出一束光學(xué)頻率梳，兩束光學(xué)頻率梳分別輸入兩個(gè)色散補(bǔ)償器件，兩個(gè)色散補(bǔ)償器件各自輸出的一束光學(xué)頻率梳構(gòu)成外差雙光學(xué)頻率梳；
[0031](2)上述外差雙光學(xué)頻率梳中兩束光學(xué)頻率梳的中心梳齒頻率分別為vo+fjPvo+f2，所述兩束光學(xué)頻率梳的中心梳齒頻率差值為I fl-f2 I，所述兩束光學(xué)頻率梳的中心梳齒頻率偏頻鎖定；
[0032](3)上述外差雙光學(xué)頻率梳中兩束光學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率分別為f3和f4，所述兩束光學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率差值為I f3-f4 I，所述兩束光學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率異頻鎖定；
[0033](4)上述外差雙光學(xué)頻率梳中兩束光學(xué)頻率梳第i階梳齒的頻率分別表示為vo+f!+i Xf3和VQ+f2+i Xf4，所述兩束光學(xué)頻率梳第i階梳齒的外差干涉信號頻率為|f1-f2 |+i Xf3-f41，所述兩束光學(xué)頻率梳的中心梳齒頻率差值I f1-f21與重復(fù)頻率差值I f3-f41滿足I負(fù)-f2|>|i|x f 3-f 41，所述兩束光學(xué)頻率梳第i階梳齒的外差干涉信號頻率呈等差數(shù)列；
[0034](5)并聯(lián)配置的初級聲光調(diào)制移頻器和次級聲光調(diào)制移頻器的調(diào)制信號由同一臺(tái)雙通道信號發(fā)生器提供，上述兩個(gè)電光調(diào)制器的調(diào)制信號由另一臺(tái)雙通道信號發(fā)生器提供，兩臺(tái)雙通道信號發(fā)生器的參考頻率信號由同一個(gè)參考頻率振蕩器提供。
[0035]所述初級聲光調(diào)制移頻器和次級聲光調(diào)制移頻器的其他級次移頻衍射光同樣可以實(shí)現(xiàn)上述步驟。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種F-P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成方法，其特征在于:所述方法步驟如下: (1)一個(gè)穩(wěn)頻激光器的出射光頻率為vq，所述出射光經(jīng)過光學(xué)隔離器后被分光器分為兩束激光，所述兩束激光分別通過兩個(gè)聲光調(diào)制移頻器，所述兩個(gè)聲光調(diào)制移頻器的調(diào)制頻率值分別為fdPf2，所述兩個(gè)聲光調(diào)制移頻器輸出的兩束+1級移頻衍射光頻率值分別為V0+f dPVQ+f2，所述兩束+1級移頻衍射光分別輸入兩個(gè)F-P腔，兩個(gè)F-P腔內(nèi)各自含有的一個(gè)電光調(diào)制器的調(diào)制頻率分別為f3和f4，所述兩個(gè)F-P腔分別輸出一束光學(xué)頻率梳，兩束光學(xué)頻率梳分別輸入兩個(gè)色散補(bǔ)償器件，兩個(gè)色散補(bǔ)償器件各自輸出的一束光學(xué)頻率梳構(gòu)成外差雙光學(xué)頻率梳； (2)上述外差雙光學(xué)頻率梳中兩束光學(xué)頻率梳的中心梳齒頻率分別為VQ+fdPV()+f2，所述兩束光學(xué)頻率梳的中心梳齒頻率差值為I f1-f21，所述兩束光學(xué)頻率梳的中心梳齒頻率偏頻鎖定； (3)上述外差雙光學(xué)頻率梳中兩束光學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率分別為f3和f4，所述兩束光學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率差值為I f3-f41，所述兩束光學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率異頻鎖定； (4)上述外差雙光學(xué)頻率梳中兩束光學(xué)頻率梳第i階梳齒的頻率分別表示為vo+h+iXf3和V0+f2+i Xf4，所述兩束光學(xué)頻率梳第i階梳齒的外差干涉信號頻率為I f1-f2 I +i X I f3-f4，所述兩束光學(xué)頻率梳的中心梳齒頻率差值I fl-f2 I與重復(fù)頻率差值I f 3-f 4 I滿足I fl-f2 I >i| X f 3-f 4 I，所述兩束光學(xué)頻率梳第i階梳齒的外差干涉信號頻率呈等差數(shù)列； (5)并聯(lián)配置的初級聲光調(diào)制移頻器和次級聲光調(diào)制移頻器的調(diào)制信號由同一臺(tái)雙通道信號發(fā)生器提供，上述兩個(gè)電光調(diào)制器的調(diào)制信號由另一臺(tái)雙通道信號發(fā)生器提供，兩臺(tái)雙通道信號發(fā)生器的參考頻率信號由同一個(gè)參考頻率振蕩器提供。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的F-P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成方法，其特征在于:所述初級聲光調(diào)制移頻器和次級聲光調(diào)制移頻器的其他級次移頻衍射光同樣可以實(shí)現(xiàn)上述步驟。3.一種F-P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成裝置，在穩(wěn)頻激光器(I)的出射光路上依次配置光學(xué)隔離器(2)和分光鏡(3);其特征在于:在所述分光鏡(3)的透射光路上配置聲光調(diào)制移頻器A(5)，在所述聲光調(diào)制移頻器A(5)的+1級移頻衍射光路上配置F-P腔A(7)，所述F-P腔A(7)由前腔鏡a (8)、后腔鏡a(9)和電光調(diào)制器A(13)組成，在F-P腔A(7)外部配置色散補(bǔ)償器件A(15)，所述聲光調(diào)制移頻器A(5)的+1級移頻衍射光依次通過前腔鏡a(8)、電光調(diào)制器A(13)、后腔鏡a(9)和色散補(bǔ)償器件A(15);在所述分光鏡(3)的反射光路上依次配置反射鏡(4)、聲光調(diào)制移頻器B(6)，在所述聲光調(diào)制移頻器B(6)的+1級移頻衍射光路上配置F-P腔B (10)，所述F-P腔B (1)由前腔鏡b (11)、后腔鏡b (12)和電光調(diào)制器B (14)組成，在F-P腔B(1)外部配置色散補(bǔ)償器件B(16)，所述聲光調(diào)制移頻器B(6)的+1級移頻衍射光依次通過前腔鏡b(ll)、電光調(diào)制器B(14)、后腔鏡b(12)和色散補(bǔ)償器件B(16);參考頻率振蕩器(17)與雙通道信號發(fā)生器A(IS)、雙通道信號發(fā)生器B(19)分別連接，所述雙通道信號發(fā)生器A(IS)與聲光調(diào)制移頻器A(5)、聲光調(diào)制移頻器B(6)分別連接，所述雙通道信號發(fā)生器B(19)與電光調(diào)制器A(13)、電光調(diào)制器B(14)分別連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的F-P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成裝置，其特征在于:所述的F-P腔A(7)的前腔鏡a(8)、后腔鏡a(9)和F-P腔B(10)的前腔鏡b(11)、后腔鏡b(12)包括平面鏡、凹面鏡和凸面鏡腔鏡類型。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的F-P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成裝置，其特征在于:所述的色散補(bǔ)償器件A(15)和色散補(bǔ)償器件B(16)包括光柵對、棱鏡對和色散補(bǔ)償光纖。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的F-P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成裝置，其特征在于:所述的電光調(diào)制器A(13)和電光調(diào)制器B(14)包括電光強(qiáng)度調(diào)制器和電光相位調(diào)制器。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的F-P腔并聯(lián)移頻和外色散補(bǔ)償雙頻梳生成裝置，其特征在于:所述的參考頻率振蕩器(17)包括原子鐘、晶體振蕩器、陶瓷振蕩器、電子振蕩器。
【文檔編號】H01S3/107GK105896263SQ201610307978
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】楊睿韜, 譚久彬
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)