F-p腔并联移频和外色散补偿双频梳生成方法与装置的制造方法
【专利摘要】F?P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成方法与装置属于超快激光技术领域。本方法利用分光镜使一台稳频激光器提供两束源激光，通过两个并联配置的声光移频器与两个内部含有电光调制器的F?P腔生成双光学频率梳,利用腔外的色散补偿器件扩展所生成频率梳的光谱范围，由参考同一个频率基准的两台双通道信号发生器分别为声光移频器和电光调制器提供调制驱动信号，得到各梳齿外差干涉信号频率呈等差数列分布的外差双光学频率梳，本发明还提供了一种F?P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成装置；本方法生成的外差双光学频率梳具有光谱范围大、频率一致性好的特点，所提出的外差双光学频率梳生成装置具有系统集成度高，结构简单，成本低廉等优点。
【专利说明】
F-P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成方法与装置
技术领域
[0001 ]本发明属于超快激光技术，主要涉及一种基于F-P腔腔内调制及腔外色散补偿和并联式双声光移频的外差双光学频率梳生成方法与装置。
【背景技术】
[0002]由于光学频率梳具有在时域上表现为超短激光脉冲序列、在频域上表现为梳状等间隔多光谱的特性，使其在精密光谱分析、绝对距离测量、激光波长校准、时频信号传递等领域得到了广泛应用。
[0003]近年来，在精密光谱分析与绝对距离测量领域中，基于外差双光学频率梳的测量方法不断发展，已经成为其各自领域中的重要研究方向。频域方面，外差双光学频率梳之间各个梳齿的外差干涉信号呈等差数列分布，便于高精度的提取各个梳齿的干涉测量信息。时域方面，外差双光学频率梳之间各个脉冲的时间间隔周期性变化，其测量效果与脉冲扫描状态一致，可大幅节约测量时间。
[0004]现有的外差双光学频率梳生成方法主要基于两套飞秒频率梳系统的互锁定控制。但该方法中两套飞秒频率梳系统的频率一致性受互锁定控制精度限制，同时其实现装置结构复杂、成本高，制约了精密光谱分析和绝对距离测量领域中基于外差双光学频率梳测量方法的进一步发展。另外，光学频率梳的光谱范围对上述领域的测量范围与精度具有决定性作用。因此，亟需一种大光谱范围、高频率一致性、低成本的外差双光学频率梳生成方法与装置。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，提出一种F-P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成方法与装置，达到实现大光谱范围、高频率一致性、低成本的外差双光学频率梳生成的目的。
[0006]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0007]—种F-P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成方法，该方法步骤如下:
[0008](I)—个稳频激光器的出射光频率为VQ，所述出射光经过光学隔离器后被分光器分为两束激光，所述两束激光分别通过两个声光调制移频器，所述两个声光调制移频器的调制频率值分别为fjPf2，所述两个声光调制移频器输出的两束+1级移频衍射光频率值分别为vo+f^P vo+f2，所述两束+1级移频衍射光分别输入两个F-P腔，两个F-P腔内各自含有的一个电光调制器的调制频率分别为f3和f4，所述两个F-P腔分别输出一束光学频率梳，两束光学频率梳分别输入两个色散补偿器件，两个色散补偿器件各自输出的一束光学频率梳构成外差双光学频率梳；
[0009](2)上述外差双光学频率梳中两束光学频率梳的中心梳齿频率分别为vo+fjPvo+f2，所述两束光学频率梳的中心梳齿频率差值为I f1-f21，所述两束光学频率梳的中心梳齿频率偏频锁定；
[0010](3)上述外差双光学频率梳中两束光学频率梳的重复频率分别SfdPf4，所述两束光学频率梳的重复频率差值为I f3-f4 I，所述两束光学频率梳的重复频率异频锁定；
[0011 ] (4)上述外差双光学频率梳中两束光学频率梳第i阶梳齿的频率分别表示为vo+f#i Xf3和VQ+f2+i Xf4，所述两束光学频率梳第i阶梳齿的外差干涉信号频率为|f1-f2 |+i Xf3-f41，所述两束光学频率梳的中心梳齿频率差值I f1-f21与重复频率差值I f3-f41满足I负-f2|>|i|x f 3-f 41，所述两束光学频率梳第i阶梳齿的外差干涉信号频率呈等差数列；
[0012](5)并联配置的初级声光调制移频器和次级声光调制移频器的调制信号由同一台双通道信号发生器提供，上述两个电光调制器的调制信号由另一台双通道信号发生器提供，两台双通道信号发生器的参考频率信号由同一个参考频率振荡器提供。
[0013]—种F-P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成装置，在稳频激光器的出射光路上依次配置光学隔离器和分光镜;在所述分光镜的透射光路上配置声光调制移频器A，在所述声光调制移频器A的+1级移频衍射光路上配置F-P腔A，所述F-P腔A由前腔镜a、后腔镜a和电光调制器A组成，在F-P腔A外部配置色散补偿器件A，所述声光调制移频器A的+1级移频衍射光依次通过前腔镜a、电光调制器A、后腔镜a和色散补偿器件A;在所述分光镜的反射光路上依次配置反射镜、声光调制移频器B，在所述声光调制移频器B的+ 1级移频衍射光路上配置F-P腔B，所述F-P腔B由前腔镜b、后腔镜b和电光调制器B组成，在F-P腔B外部配置色散补偿器件B，所述声光调制移频器B的+1级移频衍射光依次通过前腔镜b、电光调制器B、后腔镜b和色散补偿器件B;参考频率振荡器与双通道信号发生器A、双通道信号发生器B分别连接，所述双通道信号发生器A与声光调制移频器A、声光调制移频器B分别连接，所述双通道信号发生器B与电光调制器A、电光调制器B分别连接。
[0014]本发明具有以下特点及良好效果:
[0015](I)与现有的外差双光学频率梳生成方法相比，本发明利用一台稳频激光器为外差双光学频率梳的生成过程提供源激光，所生成的外差双光学频率梳频率一致性好。
[0016](2)利用F-P腔腔内调制式光学频率梳生成方法与装置简化了外差双光学频率梳生成装置的系统结构，降低了实现成本。
[0017](3)并联式双声光移频方法与装置配合同步异频驱动技术实现了外差双光学频率梳中心梳齿频率的偏频锁定。
[0018](4)双F-P腔腔内相位调制方法与装置配合同步异频驱动技术实现了外差双光学频率梳重复频率的异频相互锁定。
[0019](5)F_P腔由双腔镜构成，腔体结构简单，抗环境振动干扰能力强，装置稳定性高。
[0020](6)在谐振腔腔外放置色散补偿器件，可大幅减小环形腔尺寸，有利于谐振腔长的减小进而提升外差双光学频率梳的重复频率。
【附图说明】
[0021]图1为F-P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成装置结构示意图。
[0022]图中件号说明:I稳频激光器、2光学隔离器、3分光器、4反射镜、5声光移频器A、6声光移频器B、7F-P腔A、8前腔镜a、9后腔镜a、10F-P腔匕11前腔镜13、12后腔镜13、13电光调制器A、14电光调制器B、15色散补偿器件A、16色散补偿器件B、17参考频率振荡器、18双通道信号发生器A、19双通道信号发生器B。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明具体实施例作进一步详细描述。
[0024]—种F-P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成装置，在稳频激光器I的出射光路上依次配置光学隔离器2和分光镜3;在所述分光镜3的透射光路上配置声光调制移频器A5，在所述声光调制移频器A5的+ 1级移频衍射光路上配置F-P腔A7，所述F-P腔A7由前腔镜a8、后腔镜a9和电光调制器A13组成，在F-P腔A7外部配置色散补偿器件A15，所述声光调制移频器A5的+1级移频衍射光依次通过前腔镜a8、电光调制器A13、后腔镜a9和色散补偿器件A15;在所述分光镜3的反射光路上依次配置反射镜4、声光调制移频器B6，在所述声光调制移频器B6的+1级移频衍射光路上配置F-P腔B10，所述F-P腔BlO由前腔镜bll、后腔镜bl2和电光调制器B14组成，在F-P腔BlO外部配置色散补偿器件B16，所述声光调制移频器B6的+1级移频衍射光依次通过前腔镜bl 1、电光调制器B14、后腔镜bl2和色散补偿器件B16;参考频率振荡器17与双通道信号发生器A18、双通道信号发生器B19分别连接，所述双通道信号发生器A18与声光调制移频器A5、声光调制移频器B6分别连接，所述双通道信号发生器B19与电光调制器A13、电光调制器B14分别连接。
[0025]所述的F-P腔A7的前腔镜a8、后腔镜a9和F-P腔BlO的前腔镜bll、后腔镜bl2包括平面镜、凹面镜和凸面镜腔镜类型。
[0026]所述的色散补偿器件A15和色散补偿器件B16包括光栅对、棱镜对和色散补偿光纤。
[0027]所述的电光调制器A13和电光调制器B14包括电光强度调制器和电光相位调制器。
[0028]所述的参考频率振荡器17包括原子钟、晶体振荡器、陶瓷振荡器、电子振荡器。
[0029]—种F-P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成方法，该方法步骤如下:
[0030](I)—个稳频激光器的出射光频率为vq，所述出射光经过光学隔离器后被分光器分为两束激光，所述两束激光分别通过两个声光调制移频器，所述两个声光调制移频器的调制频率值分别为fjPf2，所述两个声光调制移频器输出的两束+1级移频衍射光频率值分别为vo+f^P vo+f2，所述两束+1级移频衍射光分别输入两个F-P腔，两个F-P腔内各自含有的一个电光调制器的调制频率分别为f3和f4，所述两个F-P腔分别输出一束光学频率梳，两束光学频率梳分别输入两个色散补偿器件，两个色散补偿器件各自输出的一束光学频率梳构成外差双光学频率梳；
[0031](2)上述外差双光学频率梳中两束光学频率梳的中心梳齿频率分别为vo+fjPvo+f2，所述两束光学频率梳的中心梳齿频率差值为I fl-f2 I，所述两束光学频率梳的中心梳齿频率偏频锁定；
[0032](3)上述外差双光学频率梳中两束光学频率梳的重复频率分别为f3和f4，所述两束光学频率梳的重复频率差值为I f3-f4 I，所述两束光学频率梳的重复频率异频锁定；
[0033](4)上述外差双光学频率梳中两束光学频率梳第i阶梳齿的频率分别表示为vo+f!+i Xf3和VQ+f2+i Xf4，所述两束光学频率梳第i阶梳齿的外差干涉信号频率为|f1-f2 |+i Xf3-f41，所述两束光学频率梳的中心梳齿频率差值I f1-f21与重复频率差值I f3-f41满足I负-f2|>|i|x f 3-f 41，所述两束光学频率梳第i阶梳齿的外差干涉信号频率呈等差数列；
[0034](5)并联配置的初级声光调制移频器和次级声光调制移频器的调制信号由同一台双通道信号发生器提供，上述两个电光调制器的调制信号由另一台双通道信号发生器提供，两台双通道信号发生器的参考频率信号由同一个参考频率振荡器提供。
[0035]所述初级声光调制移频器和次级声光调制移频器的其他级次移频衍射光同样可以实现上述步骤。
【主权项】
1.一种F-P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成方法，其特征在于:所述方法步骤如下: (1)一个稳频激光器的出射光频率为vq，所述出射光经过光学隔离器后被分光器分为两束激光，所述两束激光分别通过两个声光调制移频器，所述两个声光调制移频器的调制频率值分别为fdPf2，所述两个声光调制移频器输出的两束+1级移频衍射光频率值分别为V0+f dPVQ+f2，所述两束+1级移频衍射光分别输入两个F-P腔，两个F-P腔内各自含有的一个电光调制器的调制频率分别为f3和f4，所述两个F-P腔分别输出一束光学频率梳，两束光学频率梳分别输入两个色散补偿器件，两个色散补偿器件各自输出的一束光学频率梳构成外差双光学频率梳； (2)上述外差双光学频率梳中两束光学频率梳的中心梳齿频率分别为VQ+fdPV()+f2，所述两束光学频率梳的中心梳齿频率差值为I f1-f21，所述两束光学频率梳的中心梳齿频率偏频锁定； (3)上述外差双光学频率梳中两束光学频率梳的重复频率分别为f3和f4，所述两束光学频率梳的重复频率差值为I f3-f41，所述两束光学频率梳的重复频率异频锁定； (4)上述外差双光学频率梳中两束光学频率梳第i阶梳齿的频率分别表示为vo+h+iXf3和V0+f2+i Xf4，所述两束光学频率梳第i阶梳齿的外差干涉信号频率为I f1-f2 I +i X I f3-f4，所述两束光学频率梳的中心梳齿频率差值I fl-f2 I与重复频率差值I f 3-f 4 I满足I fl-f2 I >i| X f 3-f 4 I，所述两束光学频率梳第i阶梳齿的外差干涉信号频率呈等差数列； (5)并联配置的初级声光调制移频器和次级声光调制移频器的调制信号由同一台双通道信号发生器提供，上述两个电光调制器的调制信号由另一台双通道信号发生器提供，两台双通道信号发生器的参考频率信号由同一个参考频率振荡器提供。2.根据权利要求1所述的F-P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成方法，其特征在于:所述初级声光调制移频器和次级声光调制移频器的其他级次移频衍射光同样可以实现上述步骤。3.一种F-P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成装置，在稳频激光器(I)的出射光路上依次配置光学隔离器(2)和分光镜(3);其特征在于:在所述分光镜(3)的透射光路上配置声光调制移频器A(5)，在所述声光调制移频器A(5)的+1级移频衍射光路上配置F-P腔A(7)，所述F-P腔A(7)由前腔镜a (8)、后腔镜a(9)和电光调制器A(13)组成，在F-P腔A(7)外部配置色散补偿器件A(15)，所述声光调制移频器A(5)的+1级移频衍射光依次通过前腔镜a(8)、电光调制器A(13)、后腔镜a(9)和色散补偿器件A(15);在所述分光镜(3)的反射光路上依次配置反射镜(4)、声光调制移频器B(6)，在所述声光调制移频器B(6)的+1级移频衍射光路上配置F-P腔B (10)，所述F-P腔B (1)由前腔镜b (11)、后腔镜b (12)和电光调制器B (14)组成，在F-P腔B(1)外部配置色散补偿器件B(16)，所述声光调制移频器B(6)的+1级移频衍射光依次通过前腔镜b(ll)、电光调制器B(14)、后腔镜b(12)和色散补偿器件B(16);参考频率振荡器(17)与双通道信号发生器A(IS)、双通道信号发生器B(19)分别连接，所述双通道信号发生器A(IS)与声光调制移频器A(5)、声光调制移频器B(6)分别连接，所述双通道信号发生器B(19)与电光调制器A(13)、电光调制器B(14)分别连接。4.根据权利要求3所述的F-P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成装置，其特征在于:所述的F-P腔A(7)的前腔镜a(8)、后腔镜a(9)和F-P腔B(10)的前腔镜b(11)、后腔镜b(12)包括平面镜、凹面镜和凸面镜腔镜类型。5.根据权利要求3所述的F-P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成装置，其特征在于:所述的色散补偿器件A(15)和色散补偿器件B(16)包括光栅对、棱镜对和色散补偿光纤。6.根据权利要求3所述的F-P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成装置，其特征在于:所述的电光调制器A(13)和电光调制器B(14)包括电光强度调制器和电光相位调制器。7.根据权利要求3所述的F-P腔并联移频和外色散补偿双频梳生成装置，其特征在于:所述的参考频率振荡器(17)包括原子钟、晶体振荡器、陶瓷振荡器、电子振荡器。
【文档编号】H01S3/107GK105896263SQ201610307978
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】杨睿韬, 谭久彬
【申请人】哈尔滨工业大学