一种利用电光晶体实现宽带载波包络偏频控制的光梳系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光梳的频率控制技术，利用晶体电光效应控制激光偏振态，实现光梳载波包络偏频快速控制，能有效提高频率控制带宽，进而提升光梳系统的频率控制精度。
【背景技术】
[0002]光梳也称“光学频率综合器”，是一种频率完全受控的锁模激光器，可以实现光学频率到微波频率(或者其它光学频率)的高精度频率变换。光梳自上世纪末发明以来，已经在光频标研究、高精度光学频率传递、激光雷达研制、超稳微波信号产生和精密光谱学等众多研究领域发挥了重要作用。
[0003]光梳的受控频率有两个:重复频率(f；)和载波包络偏频(f_)。作为频率综合器，光梳最重要的指标是频率控制精度，一般用频率稳定度和剩余相位抖动来表示。提高频率控制速度是提高频率控制精度指标的根本途径，通常频率控制速度用控制带宽来表示。早期的光梳系统中的f；是通过压电陶瓷控制光学腔长度的方法实现的，由于机械响应较慢，控制带宽大多在千赫兹到十千赫兹量级。是通过控制光梳的栗浦激光功率来实现的，控制带宽一般在十千赫兹到百千赫兹量级。
[0004]美国科学家率先利用电光晶体调制器(Ε0Μ)实现了光学腔长度的快速控制，控制带宽达到了几百千赫兹，大幅提高了匕的控制精度[Hudson et al.0L 2005]。这一实验结果主要受限于电控部分的响应速度。后来国外科学家利用这一方法，将f；控制带宽提升到兆赫兹量级，进一步提升了 f；这一频率量的控制能力。然而，￡_的控制技术一直鲜有突破，有科学家采用后补偿的方式，利用声光调制器(Α0Μ)对光梳信号进行光学移频，但其控制带宽依然没有达到兆赫兹量级。而且，两种空制方式都有明显的缺陷。通过宽带控制栗浦电流的方式，由于电流较大，因此对应的宽带噪声水平也较高，在提升控制带宽的同时会不可避免的引入更多的噪声；通过Α0Μ移频的方式一方面Α0Μ的损伤阈值限制了光梳功率，并且Α0Μ会引入一定的功率损耗。另一方面激光通过Α0Μ后会引入与调制频率相关的光学分量，这些多余的光谱分量有可能会影响光梳的后期应用。此外，Α0Μ的最佳工作频率固定，且工作范围很窄，使得其对之㈤信号的控制范围很有限。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种利用晶体电光效应控制光学腔中激光偏振态，进而实现U夬速控制的光梳系统，能够实现光梳f _的宽带锁定，使f _的控制带宽达兆赫兹量级，从而获得高精度的光梳系统。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括光路部分和电路部分；所述光路部分包括飞秒激光源、f；探测装置和产生和探测装置；所述电路部分包括锁相环控制装置和fra。锁相环控制装置；所述飞秒激光源产生的飞秒脉冲由光纤耦合器耦合进光纤之后，经光纤分束器将输出功率分成三份，其中一份传输至f；探测装置获得仁信号；另一份进入产生和探测装置获得€_信号，剩余的一份作为光梳系统的输出；所述的t信号和之^言号分别与外部参考信号进行混频后，输出给相应的锁相环电路，通过鉴相、比例积分处理，分别得到f；和f _反馈控制信号，然后分别利用f r^P f _的反馈控制信号驱动所述飞秒激光源，将f；和fra。锁定到稳定的外部参考源上。
[0007]所述飞秒激光源产生的飞秒脉冲经光纤分束器功分后，传输至f；探测装置的平均功率为毫瓦级，传输至产生和探测装置的平均功率为毫瓦级至十毫瓦级。
[0008]所述产生和探测装置包括光纤放大装置、脉冲压缩装置、光谱扩展装置和自参考外差拍频装置；输入的飞秒脉冲经光纤放大装置进行一级或两极脉冲放大后，进入脉冲压缩装置进行脉冲压缩，压缩后的飞秒脉冲经光谱扩展装置和自参考外差拍频装置，由光电探测器探测得到信号。
[0009]所述飞秒激光源采用环形的光学腔，包括串接的偏振控制器件、f；控制器件、fceo控制器件、脉冲输出器件、色散控制器件、增益光纤和传输光纤。
[0010]所述f；控制器件包括压电陶瓷控制器和电光晶体，压电陶瓷控制器通过控制电压的变化改变光学腔腔长；所述f。』空制器件采用电光晶体。
[0011 ] 所述的电光晶体采用点群对称性为3m的系列晶体。
[0012]所述的电光晶体采用铌酸锂晶体或钽酸锂晶体。
[0013]所述f；控制器件的电光晶体的电场沿晶体光轴方向，激光垂直于光轴方向传播，且将所述电光晶体放置在偏振分光棱镜透光位置，保证入射所述电光晶体的激光偏振态与光学腔平面平行；所述f。』空制器件的电光晶体沿晶体光轴方向切割，激光沿光轴方向传播，电场垂直于光轴方向施加。
[0014]所述的电光晶体中，垂直于通光方向的平面上镀有相应通光波长的增透膜，垂直于电场施加方向的平面上镀有导电介质。
[0015]本发明的有益效果是:提出一种利用晶体电光效应实现匕㈤宽带控制的光梳系统，利用晶体电光效应能够快速改变激光偏振态的特性，结合光梳系统中。的频率受光学腔内激光偏振态控制的特点，将特殊设计的电光晶体引入到光梳系统中，提高的带宽，进而提尚光梳的控制精度。该系统可以使f(；e。的控制带宽提尚到从未达到的兆赫兹量级，能够降低光梳系统中高频噪声。利用晶体电光效应控制的方法，避免了激光栗浦功率作为控制量时，引入到光梳系统的频率噪声，提高系统控制精度。对光学频率合成、相干脉冲合成及阿秒脉冲产生等技术具有推动作用。
【附图说明】
[0016]图1是本发明利用晶体电光效应实现宽带控制的光梳系统结构示意图；
[0017]图2是本发明产生和探测装置结构示意图；
[0018]图3是本发明具体实施案例中掺铒光纤光梳系统中透射式光学腔结构示意图；
[0019]图4是本发明掺铒光纤光梳系统中反射式光学腔结构示意图；
[0020]图5是本发明掺铒光纤光梳系统中反射式光学腔结构示意图；
[0021]图6是本发明用于控制f；的电光晶体示意图；
[0022]图7是计算获得的控制f；所用电光晶体施加不同电压对激光偏振态作用示意图；
[0023]图8是本发明用于控制的电光晶体示意图；
[0024]图9是计算获得的控制用电光晶体施加不同电压对激光偏振态作用示意图；
[0025]图中，1-飞秒激光源，2-f；探测装置，3-f _产生和探测装置，4-控制f 1^的锁相环电路，5-控制^的锁相环电路，6-参考信号源，7-光纤放大装置，8-脉冲压缩装置，9-光谱扩展装置，10-自参考外差拍频装置，11-压电陶瓷控制器，12-四分之一波片，13-偏振分束棱镜，14-电光晶体，15-四分之一波片，16-親合器，17-反射镜，18-电光晶体，19- 二分之一波片，20-四分之一波片，21-普通单模光纤，22-光纤耦合器，23- 二分之一波片，24-栗浦激光源，25-掺铒光纤，26-位移平台。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0027]本发明提出了一种利用晶体电光效应控制光学腔中激光偏振的方法，实现了 f_宽带频率控制的光梳系统。首先，由于电光效