一种基于电控偏振控制器的光梳控制方法及系统与流程

本发明涉及激光领域，特别是涉及一种基于电控偏振控制器的光梳控制方法及系统。

背景技术：

飞秒光纤光学频率梳，简称“光梳”，已成为继超短脉冲激光问世后激光技术领域的又一重大突破。在该领域内具有突出贡献的两位科学家j.hall和分享了2005年诺贝尔物理学奖的一半。

光梳的主要特点在于频率覆盖范围广且单根谱线线宽极窄，相当于一把超精细的“频率尺”，能将频率测量精度提高至10^-19，大大加快了精密光谱、量子操控、光钟、生命科学等领域的研究进展。从数学表达上看，光梳中的每一根频率梳齿均可表达成fn＝nfr+f0。其中，n代表纵模序数，fr代表激光器重复频率信号，而f0则为载波包络相位信号，起源于脉冲群速度与相速度的失配，为梳齿整体相对于零频的偏移。从表达式中可以看出，要实现一台稳定的光梳，必须要实现fr与f0的同时锁定。早期的光梳都是基于钛宝石激光器或固体激光器实现的。然而随着激光技术的不断革新，基于钛宝石激光器或固体激光器的光梳因其庞大的体积，昂贵的造价，严苛的实验环境和复杂的光路调节，已逐渐无法适应实际应用需求。

在获得了fr与f0信号后，对这两者的锁定则成为了实现稳定光梳的关键点。综合来说，对于fr，主要是以控制激光器的几何腔长l和腔内介质折射率nc为主。而f0信号的锁定方法则包括光学差频、反馈泵浦锁定和利用声光移频器(aofs)前馈控制等，其中反馈泵浦锁定最为普遍。但是由于增益光纤粒子数反转的速率过慢，导致整个反馈系统的带宽很小，约为百hz量级，这就对整个光学系统提出了很高要求，而光学差频及aofs前馈控制的方法则会增加光梳的成本。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于电控偏振控制器的光梳控制方法及系统，用于解决现有技术中不便于锁定fr与f0信号的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，一种电控偏振控制器，包括：用于控制驱动电压产生形变的第一压电元件、用于装载所述第一压电元件以及装载光纤的金属元件、用于控制光脉冲偏振状态的光纤、用于装载第一压电元件的第一固件以及用于装载光纤的第二固件，所述第一压电元件的两端分别与所述第一固件以及所述金属元件连接，所述金属元件以及所述第二固件之间设有所述光纤。

可选的，所述光纤的延伸方向与所述第一压电元件产生形变的方向相交。

可选的，所述金属元件包括铝元件，所述第一压电元件包括压电陶瓷。

一种电控偏振控制器模块，包括多个所述的电控偏振控制器，相邻两个所述电控偏振控制器中的第一压电元件的形变方向相交。

可选的，所述电控偏振控制器模块包括三个所述电控偏振控制器，相邻两个所述电控偏振控制器中的第一压电元件的形变方向之间的夹角为45°。

基于电控偏振控制器的光梳控制系统，包括：

用于提供种子光的激光光源，所述激光光源包括任一项所述的电控偏振控制器模块、用于产生泵浦光的泵浦子单元、用于激励所述泵浦光的谐振腔以及用于分束的第一光分束器，所述泵浦子单元产生泵浦光，并将泵浦光输入至所述谐振腔，所述泵浦光在所述谐振腔受激励并辐射出种子光，所述电控偏振控制器模块控制所述种子光的偏振状态，所述种子光经过第一光分束器进行分束，并分别输入至放大装置和谐振腔；用于将种子光的能量放大的放大装置，所述种子光经过所述放大装置进行放大后分别输入至自参考拍频检测装置以及光梳输出端；用于检测并获取重复频率信号和载波包络相位信号的自参考拍频探测装置，包括光电探测器，所述光电探测器能够检测并获取种子光的重复频率信号和载波包络相位信号，将重复频率信号和载波包络相位信号输入至所述锁相装置；用于锁定重复频率信号和载波包络相位信号的锁相装置。

可选的，基于电控偏振控制器的光梳控制系统还包括用于拓展种子光的频程的光谱展宽装置，所述光谱展宽装置设置于所述放大装置与所述自参考拍频探测装置之间，所述光谱展宽装置包括非线性光纤。

根据权利要求7所述的基于电控偏振控制器的光梳控制系统，其特征在于，所述非线性光纤的截面形状为椭圆形。

可选的，所述激光光源还包括第一泵浦源、第一增益光纤、第一复用器和第一光隔离器；按照第一泵浦源提供的第一泵浦光传播方向：依次在谐振腔内设置第一复用器、第一增益光纤、所述电控偏振控制器模块、第一光分束器以及第一光隔离器；所述第一泵浦光经过所述第一增益光纤生成种子光，所述第一复用器用于耦合所述第一泵浦源提供的第一泵浦光以及第一光分束器分束至谐振腔内的种子光，所述第一光隔离器用于单向传输第一光分束器分束至谐振腔内的种子光。

可选的，所述放大装置包括双向光放大模块，所述双向光放大模块利用啁啾脉冲放大原理对种子光进行放大，所述双向光放大模块包括第二隔离器、第二光分束器、第二泵浦源、第二复用器，第二增益光纤、第三泵浦源、第三复用器和第三光分束器，所述激光光源输出的种子光输入至第二光隔离器，第二光隔离器的输出光输入至第二光分束器，第二光分束器将种子光分束至第二复用器及光梳监测端，第二泵浦源用于提供第二泵浦光，第二复用器将种子光和第二泵浦光进行耦合并输入至第二增益光纤，第三泵浦源用于提供第三泵浦光，第三复用器将种子光和第三泵浦光耦合并依次输入至第二增益光纤、第三光分束器，所述第三光分束器的输出光分别输入至自参考拍频检测装置以及光梳输出端。

可选的，所述自参考拍频探测装置包括用于准直的第一透镜组、用于消除色差的第二透镜组、用于旋转偏振光的半波片、用于光学倍频的倍频晶体、用于聚焦的第三透镜组、用于宽带滤波的第四透镜组、用于窄带滤波的第五透镜组、用于聚焦的第六透镜组以及用于检测重复频率信号和载波包络相位信号的光电探测器，所述按照种子光的传输方向，依次在自参考拍频探测装置内设置：所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述半波片、所述倍频晶体、所述第三透镜组、所述第四透镜组、所述第五透镜组、所述第六透镜组以及所述光电探测器。

可选的，所述锁相装置包括用于重复频率信号锁相的第一锁相模块，所述第一锁相模块包括第一带通滤波模块、第一放大模块、第一参考信号模块、第一低通滤波模块、第二放大模块、第一比例积分模块以及第三放大模块，所述谐振腔还包括第二压电元件，光电探测器测得的重复频率信号作为输入信号并输入至第一锁相模块，经第一带通滤波模块进行带通滤波和第一放大模块进行放大，然后与第一参考信号模块提供的第一参考信号进行混频，并依次经过第一低通滤波模块进行低通滤波、所述第二放大模块进行信号放大、所述第一比例积分模块进行比例积分和延长锁相时间以及经过第三放大模块进行信号放大后输入至第二压电元件进行重复频率信号的锁相。

可选的，所述锁相装置还包括用于载波包络相位信号锁相的第二锁相模块，所述第二锁相模块包括第二带通滤波模块、第四放大模块、分频模块、第二参考信号模块、第二低通滤波模块、第二比例积分模块以及衰减模块，自参考拍频探测装置检测并获取载波包络相位信号后输入至所述第二带通滤波模块进行带通滤波、经过所述第四放大模块进行信号放大、经过分频模块进行分频并与第二参考信号模块提供的第二参考信号进行混频、经过第二低通滤波模块进行低通滤波、经过第二比例积分模块进行比例积分、经过衰减模块进行信号衰减后输入至电控偏振控制器模块进行载波包络相位信号的锁相。

基于电控偏振控制器的光梳控制方法，其特征在于，包括：将第一泵浦光输入至谐振腔，并将第一泵浦光进行增益生成种子光，通过电控偏振控制器模块控制偏振腔内种子光的偏振态，并将种子光进行分束，分束后的种子光分别与第一泵浦光耦合以及输出；将由谐振腔输出的种子光进行啁啾脉冲放大，并将放大后的种子光分束至光梳输出端及自参考拍频探测装置；将放大后的种子光进行自参考拍频探测，检测并获取种子光的重复频率信号和载波包络相位信号；对种子光的重复频率信号和载波包络相位信号进行锁相。

可选的，在将放大后的种子光进行自参考拍频探测的步骤之前，还需要将放大后的种子光进行扩展频程。

可选的，按照所述第一泵浦源提供的第一泵浦光传播方向，依次在谐振腔内设置第一复用器、第一增益光纤、所述电控偏振控制器模块、第一光分束器以及第一光隔离器；所述第一泵浦光经过所述第一增益光纤生成种子光，所述第一复用器用于耦合所述第一泵浦源提供的第一泵浦光以及第一光分束器分束至谐振腔内的种子光，所述第一光隔离器用于单向传输第一光分束器分束至谐振腔内的种子光。

可选的，将由谐振腔输出的种子光进行啁啾脉冲放大，并分别分束至光梳输出端和自参考拍频探测装置的步骤包括：由谐振腔输出的种子光输入至第二光分束器，第二光分束器将种子光分束至光梳监测端和第二复用器，第二泵浦源用于提供第二泵浦光，第二复用器用于将种子光和第二泵浦光耦合进第二增益光纤，第三泵浦源用于提供第三泵浦光，第三复用器用于将种子光和第三泵浦光耦合进第二增益光纤，完成种子光的双向放大，经过放大后的种子光输入至第三光分束器，所述第三光分束器分别分束至光梳输出端和自参考拍频探测装置。

可选的，将放大后的种子光进行自参考拍频探测的步骤包括：所述按照种子光的传输方向，依次设置：用于准直的第一透镜组、用于消除色差的第二透镜组、用于旋转偏振光的半波片、用于光学倍频的倍频晶体、用于聚焦的第三透镜组、用于宽带滤波的第四透镜组、用于窄带滤波的第五透镜组、用于聚焦的第六透镜组以及用于检测重复频率信号和载波包络相位信号的光电探测器。

可选的，对种子光的重复频率信号和载波包络相位信号进行锁相的步骤包括：通过光电探测器测得的重复频率信号并输入至第一锁相模块，经过第一带通滤波模块进行带通滤波和第一放大模块进行放大，然后与第一参考信号模块提供的第一参考信号进行混频，并依次经过第一低通滤波模块进行低通滤波、所述第二放大模块进行信号放大、所述第一比例积分模块进行比例积分和延长锁相时间以及经过第三放大模块进行信号放大后输入至第二压电元件，通过控制第二压电元件的驱动电压来控制谐振腔的长度并进行重复频率信号的锁相。

可选的，种子光的重复频率信号和载波包络相位信号进行锁相的步骤还包括：通过光电探测器测得的载波包络相位信号并输入至所述第二带通滤波模块进行带通滤波、经过所述第四放大模块进行信号放大、经过分频模块进行分频并与第二参考信号模块提供的第二参考信号进行混频、经过第二低通滤波模块进行低通滤波、经过第二比例积分模块进行比例积分、经过衰减模块进行信号衰减后输入至电控偏振控制器模块，所述电控偏振控制器模块控制压电元件的形变，通过压电元件的形变来控制谐振腔内种子光的偏振态，进而进行载波包络相位信号的锁相。

如上所述，本发明的基于电控偏振控制器的光梳控制方法及系统，具有以下有益效果：

通过电控偏振器及模块施加驱动电压控制光纤内种子光的偏振态，实现种子光的非线性偏振旋转；

通过控制谐振腔腔内种子光的偏振态，实现载波包络相位信号的锁定；

通过控制谐振腔的长度并实现重复频率信号的锁相。

附图说明

图1显示为实施例1提供的电控偏振控制器的示意图。

图2显示为实施例2提供的电控偏振控制器结构示意图。

图3显示为实施例3提供的基于电控偏振控制器的光梳控制系统的原理示意图。

图4显示为实施例3提供的基于电控偏振控制器的光梳控制系统的系统示意图。

图5显示为实施例3提供的基于电控偏振控制器的光梳控制系统的结构示意图。

图6显示为实施例3提供的基于电控偏振控制器的光梳控制系统的效果示意图。

图7显示为实施例3提供的第一锁相模块的结构示意图。

图8显示为实施例3提供的第二锁相模块的结构示意图。

图9显示为实施例3第二锁相模块的效果示意图。

图10显示为实施例4的基于电控偏振控制器的光梳控制方法的流程示意图。

1第一固件

2第一压电元件

3金属元件

4光纤

5第二固件

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1，实施例1提供了一种电控偏振控制器，包括：用于驱动电压产生形变的第一压电元件2、用于装载所述第一压电元件2以及装载光纤的金属元件3、用于控制光脉冲偏振状态的光纤4、用于装载第一压电元件2的第一固件1以及用于装载光纤4的第二固件5，所述第一压电元件2的两端分别与所述第一固件1以及所述金属元件3连接，所述金属元件3以及所述第二固件5之间设有所述光纤4。在实施过程中，第一固件1和第二固件5可以为两个位置固定的模块，第一压电元件2的两端分别与第一固件1和金属元件3连接，当给压电元件施加驱动电压时，压电元件会产生形变，形变量与所施加的电压正相关，因此设置于金属元件3与第二固件5之间的光纤4受到应力挤压，进而该光纤4在挤压方向的折射率会增加，使得经过该光纤4的光脉冲产生双折射效应，在光纤4的两个正交偏振方向上的折射率差值影响光脉冲偏振态的旋转变化量，通过控制压电元件的驱动电压，能够实现光纤4内光脉冲偏振态的控制。

为了实现光纤4折射率的增大，所述光纤4的延伸方向与所述第一压电元件2产生形变的方向相交，在实施过程中，可选取正交的设置方式，便于控制光纤4内光脉冲的偏振态。为了实现器件的可靠性，所述金属元件3可选取包括但不限于铝元件，所述第一压电元件2可选取压电陶瓷。

请参阅图2，为了便于控制光纤4内光脉冲的偏振态，实施2提供一种电控偏振控制器模块，包括多个所述的电控偏振控制器，相邻两个所述电控偏振控制器中的第一压电元件2的形变方向相交。为了便于偏振控制器的精确控制，所述电控偏振控制器模块包括三个图1所述电控偏振控制器，相邻两个所述电控偏振控制器中的第一压电元件的形变方向之间的夹角为45°，三个方向可以设置为x、y和z轴，在实施过程中，对于锁模部分而言，通过调整加给电控偏振控制器(epc)的x和y轴的电压，迫使脉冲中央部分符合偏振相关隔离器(iso)的偏振选择，从而经历低损耗而两翼损耗高，则可实现脉冲窄化，最终实现锁模，对于锁相部分而言，通过控制加载至epc的z轴的电压，可以改变被挤压光纤的折射率，而腔内折射率的改变则会影响谐振腔的有效腔长，从而改变重复频率fr，因此，epc可用作fr信号的锁相元件。同时，给epc的z轴加压也会引起腔内光脉冲偏振态的改变，从而改变f0信号的频率。因此，epc也可用作f0信号的锁相元件。

请参阅图3至图5，实施例3基于电控偏振控制器的光梳控制系统，包括：用于提供种子光的激光光源100，所述激光光源包括所述的电控偏振控制器模块epc、用于产生泵浦光的泵浦子单元、谐振腔以及第一光分束器cp1，泵浦子单元产生泵浦光，将泵浦光耦合进增益光纤受激辐射出种子光，所述电控偏振控制器模块控制所述种子光的偏振状态，所述种子光经过第一光分束器cp1进行分束，并分别输入至放大装置200和谐振腔；用于将种子光的能量放大的放大装置200，所述放大装置200通过啁啾脉冲放大技术，对种子光进行能量放大，所述种子光经过放大装置200进行放大后分别输入至自参考拍频检测装置400以及输出光梳application；用于检测并获取重复频率信号和载波包络相位信号的自参考拍频探测装置400，包括光电探测器apd，所述光电探测器apd能够检测并获取种子光的重复频率信号和载波包络相位信号，将所述信号输入至所述锁相装置；用于锁定重复频率信号和载波包络相位信号的锁相装置。结合图3(a)来看，在单模光纤中，由于光纤双折射、自相位调制、交叉相位调制等多种效应的共同作用，强度相关的非线性相移会造成脉冲不同位置处偏振态的演化进程差异，在图3(b)中可以看出，脉冲在单模光纤中传输时，其偏振态一直在变化，当加入起偏器和光隔离器的配合之后，会对脉冲的偏振态进行选择，符合偏振的通过，其余损耗。在谐振腔内加入偏振控制器，通过给光纤施加正向压力和侧向扭力来改变脉冲的偏振态，迫使脉冲峰值处符合偏振选择，经历较小的损耗，两翼弱光部分经历高损耗，实现脉冲窄化，达到快速可饱和吸收体的作用，实现激光脉冲的锁模

为了便于扩展种子光的频程，基于电控偏振控制器的光梳控制系统还包括用于拓展种子光的频程的光谱展宽装置300，所述光谱展宽装置300设置于所述放大装置200与所述自参考拍频探测装置400之间，所述光谱展宽装置包括非线性光纤，在经过放大装置200功率放大后的种子光输入至光谱展宽装置300中，光谱展宽装置300包括一段保偏高非线性光纤pm-hnlf，高非线性光纤可选取椭圆纤芯，其非线性系数为10.5w^-1km^-1，高功率的种子光的脉冲会在高非线性光纤中引发强非线性效应，使得输出光谱极大地展宽，最终拓展至一个倍频程(1000～2200nm)。

请参阅图5，为了便于对光脉冲的偏振态进行选择和控制，所述激光光源还包括第一泵浦源ld1、第一增益光纤edf1、第一复用器wdm1和第一光隔离器iso1；按照第一泵浦源提供的第一泵浦光传播方向：依次在谐振腔内设置第一复用器wdm1、第一增益光纤edf1、所述电控偏振控制器模块epc、第一光分束器cp1以及第一光隔离器iso1；所述第一泵浦光经过所述第一增益光纤edf1生成种子光，所述第一复用器wdm1用于耦合所述第一泵浦源提供的第一泵浦光以及第一光分束器cp1分束至谐振腔内的种子光，所述第一光隔离器iso1用于单向传输第一光分束器cp1分束至谐振腔内的种子光，在实施过程中，上述光学器件之间连接均通过尾纤熔接耦合，其中，第一泵浦源ld1选取中心波长为976nm的泵浦源，976nm的泵浦光经第一复用器wdm1耦合后，注入掺铒增益光纤edf1中，由于受激辐射效应，增益光纤中产生1550nm的激光，并作为种子光继续在谐振腔内传播，通过电控偏振控制器模块epc对种子光的偏振态进行控制，然后经过第一光分束器cp1进行分束，80％的种子光经过第一光隔离器iso1的单向传到输入至第一复用器wdm1，第一复用器wdm1可选取980/1550nm波分复用器，分束后的20％的种子光用于输入至放大装置200中，用于后续的放大，为了便于提高集成度，可将第一复用器wdm1、第一光隔离器iso1和第一光分束器cp1集成设置。

为了将种子光的功率进行放大，所述放大装置200包括双向光放大装置，具体包括第二光隔离器iso2、第二光分束器cp2、第二泵浦源ld2、第二复用器wdm2，第二增益光纤edf2、第三泵浦源ld3、第三复用器wdm3和第三光分束器cp3。激光光源输出的种子光输入至第二光隔离器iso2，以保证激光的单向传输，防止放大装置的回返光影响激光器锁模。第二光隔离器iso2的输出光输入至第二光分束器cp2，第二光分束器cp2将种子光分束至第二复用器wdm2及光梳监测端，第二泵浦源ld2用于提供第二泵浦光，第二复用器wdm2将种子光和第二泵浦光耦合进第二增益光纤edf2，第三泵浦源ld3用于提供第三泵浦光，第三复用器wdm3将种子光和第三泵浦光耦合进第二增益光纤edf2，由此实现种子光的双向放大。双向放大后的种子光输入至第三光分束器cp3，所述第三光分束器cp3的输出光分别输入至后续装置以及输出光梳。在实施过程中，第二光分束器cp2将种子光进行分束，5％的种子光输出至光梳监测端monitor，95％的种子光进行后续放大，第三光分束器cp3将种子光进行分束，20％的种子光用于实际输出光梳application，80％的种子光用于产生超连续谱。光纤内承载的激光有一个临界功率，在很长时间内一直是激光放大的极限，啁啾放大技术的原理是放大前分散激光种子脉冲的能量，放大后再集中，两个976nm泵浦源ld2和ld3、波分复用器wdm2、波分复用器wdm3构成了一个双向放大光路，经过双向放大后，种子光的平均功率可提升至百mw量级，单脉冲能量为2～3nj。根据啁啾脉冲放大技术的原理，为了补偿色散，实现脉冲窄化，在双向放大模块之后设置一段负色散光纤，利用色散管理补偿了双向放大中第二增益光纤edf2引入的过多正色散，将脉冲宽度压缩到100fs以下，脉冲的峰值功率高达kw量级。在放大装置200中，起脉冲压缩作用的光纤为wdm3与cp3的尾纤以及一段压缩光纤pm-1550，最终，脉冲宽度可被压缩到100fs以下，脉冲峰值功率提高至kw量级，直接将高功率超短脉冲输入至光谱展宽装置300中，其主要包含一段保偏高非线性光纤pm-hnlf，高非线性光纤为椭圆纤芯，其非线性系数为10.5w^-1km^-1，脉冲的高功率会在高非线性光纤中引发强非线性效应，使得输出光谱极大地展宽，最终拓展至一个倍频程(1000～2200nm)。

获得覆盖一个倍频程的光谱后，则可利用f-2f自参考拍频探测装置400来探测载波包络相位信号f0，所述自参考拍频探测装置包括用于准直的第一透镜组l1、用于消除色差的第二透镜组l2、用于旋转偏振光的半波片λ/2、用于光学倍频的倍频晶体ppln、用于聚焦的第三透镜组l3、用于宽带滤波的第四透镜组bp1、用于窄带滤波的第五透镜组bp2、用于聚焦的第六透镜组l4以及用于检测重复频率信号和载波包络相位信号的光电探测器apd，所述按照种子光的传输方向，依次在自参考拍频探测装置400内设置：所述第一透镜组l1、所述第二透镜组l2、所述半波片λ/2、所述倍频晶体ppln、所述第三透镜组l3、所述第四透镜组bp1、所述第五透镜组bp2、所述第六透镜组l4以及所述光电探测器apd，在实施过程中，准直镜l1将光纤端口输出光准直成平行光，经消色差透镜l2聚焦后打入倍频晶体ppln中，旋转2020nm半波片的角度，由于准相位匹配原理，能将倍频效率提高至40％左右，将超连续谱中2000nm的光倍频至1000nm左右，分别经宽带滤波片bp1和窄带滤波片bp2滤波后，与超连续谱中原1000nm成份拍频，即可在高速光电探测器apd上捕捉到载波包络相位信号f0，通过调整激光光源100谐振腔中的色散来降低f0信号的线宽，方便进行锁相反馈，最后，利用锁相装置对重复频率fr和载波包络相位信号f0分别进行了锁定。

所述锁相装置包括用于重复频率信号锁相的第一锁相模块5001和用于载波包络相位信号锁相的第二锁相模块5002，所述锁相模块设置于所述自参考拍频探测装置400与所述激光光源100之间。

请参阅图7，第一锁相模块5001包括第一带通滤波模块bf、第一放大模块amp1、第一参考信号模块ref、第一低通滤波模块lpf、第二放大模块amp2、第一比例积分模块pi以及第三放大模块hv，所述谐振腔还包括第二压电元件pzt，光电探测器测得的重复频率信号输入至第一带通滤波模块bf进行带通滤波和第一放大模块amp1进行放大，然后与第一参考信号模块ref提供的第一参考信号进行混频，并依次经过第一低通滤波模块lpf进行低通滤波、所述第二放大模块amp2进行信号放大、所述第一比例积分模块pi进行比例积分和延长锁相时间以及经过第三放大模块hv进行高压放大后输入至第二压电元件pzt进行重复频率信号的锁相，将误差信号的峰峰值放大到70-80v后加载至第二压电元件pzt上，通过反馈控制pzt的伸缩量来拉伸光纤，补偿重复频率差值来实现fr的锁定。

请参阅图8，所述第二锁相模块5002包括第二带通滤波模块bf2、第四放大模块amp3、分频模块divider、第二参考信号模块ref2、第二低通滤波模块lpf2、第二比例积分模块pi2以及衰减模块attenuator，自参考拍频探测装置400检测并获取载波包络相位信号后输入至所述第二带通滤波模块bf2进行带通滤波、经过所述第四放大模块amp3进行信号放大、经过分频模块divider进行分频并与第二参考信号模块ref2提供的第二参考信号进行混频、经过第二低通滤波模块lpf2进行低通滤波、经过第二比例积分模块pi2进行比例积分、经过衰减模块attenuator进行信号衰减后输入至电控偏振控制器模块进行载波包络相位信号的锁相，分频模块divider将f0信号的快漂抖动量降到之前的1/64，使第二锁相模块5002工作于较佳频率范围，f0分频后的信号与外部标准参考信号进行混频后，误差信号经过低通滤波器滤波，之后经过比例积分和衰减模块后反馈至epc的z轴，实现f0信号的锁定，为保证光梳的同步性和稳定性，5001与5002的外部时钟信号均参考到同一原子钟上。

如图6所示，为验证用epc锁定光梳的可行性，本发明给epc的z轴加直流电压，用以测试epc分别对f0信号和fr信号的控制能力。图6(a)为z轴所加电压与f0频率的对应关系。可以看出，当电压增加1v时，随着腔内光脉冲偏振态的改变，f0频率线性递减7.8mhz，远大于f0信号自由运行时的线宽。这说明给epc加反馈电压可对f0信号的快漂进行线性补偿，实现f0信号的锁定。图6(b)为z轴所加电压与fr频率的对应关系。当z轴电压增加时，通道内的光纤被挤压，光纤内折射率增加，通过的光脉冲传播速度变缓，使得光纤激光器的光脉冲重复频率减小。当电压增加7.8v时，fr频率线性减小62hz，且期间谐振腔一直保持锁模稳定。对比于fr信号约30hz的自由漂移量来说，epc对其引入的改变量足够大于补偿其自由漂移，可用于fr信号的稳定，为光梳的长期稳定打下了良好基础。通过图6数据显示，当给epc的z轴加载f0锁相环的误差信号时，epc可用作f0信号的锁相元件，同样，当epc的z轴加载fr锁相环的误差信号时，epc则可用作fr信号的锁相元件。在本实施例中，主要以用第二压电元件—压电陶瓷pzt锁定fr信号，epc的z轴锁定f0信号来作为具体实施例，其对应的锁相电路分别为5001和5002，pzt表面粘贴谐振腔内单模光纤，会依据外加电压的不同而伸缩，由此来调整激光谐振腔的腔长，进而实现fr的锁定。

如图9所示，为实施例利用epc反馈锁定f0信号后，f0信号的线宽图。可以看出，f0信号的噪声抑制比>30db，宽度仅为hz量级，说明epc能很好地抑制噪声，为发展长期稳定的低噪声光梳提供了可靠途径。

请参阅图10，实施例4，基于电控偏振控制器的光梳控制方法，包括：

s1：将第一泵浦光输入至谐振腔，并将第一泵浦光受激辐射生成种子光，将种子光进行分束，分束后的种子光分别与第一泵浦光耦合以及输出；

s2：将由谐振腔输出的种子光进行啁啾脉冲放大，并分别分束至光梳输出端及自参考拍频探测装置；

s3：将放大后的种子光进行自参考拍频探测，检测并获取种子光的重复频率信号和载波包络相位信号；

s4：通过控制第一压电元件的形变来控制光纤内种子光的偏振状态，实现载波包络相位信号的锁定；通过控制第二压电元件的伸缩量来微调腔长，实现重复频率的锁定。

为了进行种子光的扩展频程获取，在将放大后的种子光进行自参考拍频探测的步骤之前，还需要将放大后的种子光进行扩展频程，在放大种子光之后，可提供一段保偏高非线性光纤pm-hnlf，高非线性光纤为椭圆纤芯，其非线性系数为10.5w^-1km^-1，脉冲的高功率会在高非线性光纤中引发强非线性效应，使得输出光谱极大地展宽，最终拓展至一个倍频程(1000～2200nm)。

在s1中，按照所述第一泵浦源提供的第一泵浦光传播方向，依次在谐振腔内设置第一复用器、第一增益光纤、所述电控偏振控制器模块、第一光分束器以及第一光隔离器；所述第一泵浦光经过所述第一增益光纤生成种子光，所述第一复用器用于耦合所述第一泵浦源提供的第一泵浦光以及第一光分束器分束至谐振腔内的种子光，所述第一光阻隔器用于单向传输第一光分束器分束至谐振腔内的种子光。

在s2中，将由谐振腔输出的种子光进行啁啾脉冲放大，并分别分束至光梳输出端以及自参考拍频探测装置的步骤包括：激光光源输出的种子光输入至第二光隔离器，第二光隔离器的输出光输入至第二光分束器，第二光分束器将种子光分束至第二复用器及光梳监测端，第二泵浦源用于提供第二泵浦光，第二复用器将种子光和第二泵浦光耦合进第二增益光纤，第三泵浦源用于提供第三泵浦光，第三复用器将种子光和第三泵浦光耦合进第二增益光纤，由此实现种子光的双向放大。双向放大后的种子光输入至第三光分束器，所述第三光分束器的输出光分别输入至自参考拍频检测装置以及输出光梳。

在s3中，将放大后的种子光进行自参考拍频探测的步骤包括：所述按照种子光的传输方向，依次设置：用于准直的第一透镜组、用于消除色差的第二透镜组、用于旋转偏振光的半波片、用于光学倍频的倍频晶体、用于聚焦的第三透镜组、用于宽带滤波的第四透镜组、用于窄带滤波的第五透镜组、用于聚焦的第六透镜组以及用于检测重复频率信号和载波包络相位信号的光电探测器。

在s4中，对种子光的重复频率信号和载波包络相位信号进行锁相的步骤包括：将光电探测器测得的重复频率信号输入至第一带通滤波模块进行带通滤波和第一放大模块进行放大，然后与第一参考信号模块提供的第一参考信号进行混频，并依次经过第一低通滤波模块进行低通滤波、所述第二放大模块进行信号放大、所述第一比例积分模块进行比例积分和延长锁相时间以及经过第三放大模块进行信号放大后输入至第二压电元件进行重复频率信号的锁相，种子光的重复频率信号和载波包络相位信号进行锁相的步骤还包括：将光电探测器测得的载波包络相位信号输入至所述第二带通滤波模块进行带通滤波、经过所述第四放大模块进行信号放大、经过分频模块进行分频并与第二参考信号模块提供的第二参考信号进行混频、经过第二低通滤波模块进行低通滤波、经过第二比例积分模块进行比例积分、经过衰减模块进行信号衰减后输入至电控偏振控制器模块进行载波包络相位信号的锁相。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。