一种基于单个光调制器的双光梳产生系统与方法

本发明涉及光频梳及电光调制领域。本发明具体涉及一种基于单个光调制器的双光梳产生系统与方法。

背景技术：

1、光学频率梳简称光频梳是一种近年来快速发展的光学技术，它指的是频谱上具有等间隔、离散频率分量的光信号，其对应的时域上为等间距的重复序列。光频梳如同是频谱上的一套标齿，在多种计量领域发挥着重要作用。

2、2002年schiller提出双光梳光谱技术，其宽光谱覆盖、高灵敏度、快速测量和高分辨率方面的技术优势，使得利用两套重复频率相差较小的光频梳拍频实现测量的双光梳方法在精密激光光谱等领域得到了应用。

3、在双光梳技术中，基于电光调制产生双梳的光谱测量方法的中心波长和频谱分辨率等易于调整。2014年，nist提出采用两个双驱马赫曾德调制器产生双光梳并利用声光调制器测量气体光谱的方法(opt.lett.,39,2688-2690(2014))。直流光经过分束器分为两路，各自经过一个单频正弦信号驱动的双驱马赫曾德调制器产生两路重复频率稍有区别的光梳，从而形成双光梳信号，其中一路光梳再经过分束器形成参考路和测量路对气体光谱进行测量。该方法需要采用两个双驱马赫曾德调制器分别进行调制以便于对于一路光梳进行移频，从而使拍频后正负频率不发生混叠。2015年，pedro martin-mateos等人采用了两个相位调制器和一个声光调制器进行了气体吸收光谱测量(ieee photon.technol.lett.,27,1309-1312(2015))。直流光经过分束器后分为两路，分别由两个单频正弦信号驱动的相位调制器产生两路重复频率稍有区别的光梳信号。上述两种方法都是将光分为两路，分别经过电光调制器调制，其中一路加声光移频器，之所以采用两个电光调制器的结构，是因为必须对一路光梳进行移频以避免拍频后正负频率发生混叠。2020年miguel soriano-amat等人提出使用单个电光调制器的电光调制双光梳结构(j.lightwave technol.38,5107-5115(2020))。单个马赫曾德调制器受到任意波形发生器产生的一个多频信号的驱动，该多频信号包含两套重频稍有差别的频率梳，将输入的直流光信号调制成为含有两套不同重复频率的梳齿的双光梳。这种结构只使用了一个马赫曾德调制器简化了系统结构，但采用了昂贵的任意波形发生器产生了复杂的多频信号驱动单一马赫曾德调制器。2021年jeonghyun hu等人也采用了相同的结构产生的双光梳(opt.lett.46,3957-3960(2021))。这种方法虽然降低了系统结构的复杂度但大大提升了系统成本。2022年，vicente duran等人提出用两套伪随机二进制序列生成器产生两套重复频率不同的射频信号，并通过射频功率合成器将两套射频信号合一后加载到电光调制器的一个端口上，调制光信号产生双光梳(opt.express.30,25103-25110(2022))。该方案采用两套重复频率不同的射频信号但是额外采用射频合成器将其合成一路信号进行调制，这引入了额外的成本和复杂度。

4、本发明提出一种基于单个光调制器的双光频产生系统与方法，利用两套重复频率不同的多频信号分别调制单个光调制器的两臂，可以只用一个光调制器就方便、简单地产生双光梳信号，降低系统复杂度的同时降低系统成本，为双光梳的产生提供一种新的技术路径。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于单个光调制器的双光梳产生系统，包括：

2、连续波光源、双臂光调制器件、多频信号发生装置1、多频信号发生装置2；

3、其中连续波光源产生单频相干光，该单频相干光作为输入光进入双臂光调制器件进行调制；

4、多频信号发生装置1产生具有频率间隔f1的等间隔多频信号；

5、多频信号发生装置2产生具有另一频率间隔f2的等间隔多频信号，频率间隔f1与另一频率间隔f2具有重复频率差△f；

6、双臂光调制器件具有上臂调制单元和下臂调制单元，双臂光调制器件将输入光分为两部分分别通过并行的上、下臂调制单元，通过上臂调制单元的上臂光信号被多频信号发生装置1产生的信号调制，通过下臂调制单元的下臂光信号被多频信号发生装置2产生的信号调制，双臂光调制器件将被上臂调制单元和下臂调制单元调制的光信号合为一路，形成输出的双光梳信号。

7、所述多频信号发生装置1和多频信号发生装置2是任意波形发生器、梳状信号发生器、周期性啁啾信号发生器、随机序列发生器中的一种或其组合。

8、所述双臂光调制器件所具有的上臂调制单元和下臂调制单元对通过的光信号的幅度、相位、偏振、频率中的一种或多种进行调制。

9、所述多频信号发生装置1和多频信号发生装置2可以分别是不同类型的信号发生装置。

10、所述双臂光调制器件所具有的上臂调制单元和下臂调制单元利用电光效应、磁光效应、声光效应、热光效应、光弹效应中的一种或多种对通过的光信号进行调制。

11、所述双臂光调制器件所具有的上臂调制单元和下臂调制单元可以分别利用不同形式的物理效应对通过的光信号进行调制。

12、所述连续波光源是半导体激光器、光纤激光器、固体激光器或液体激光器。

13、本发明提供了一种基于单个光调制器的双光梳的产生方法，包括以下步骤：

14、步骤1、连续波光源发出的单频相干光输入到双臂光调制器件，被双臂光调制器件分为上臂光信号和下臂光信号；

15、步骤2、用频率间隔f1的等间隔多频信号调制经过双臂光调制器件的上臂调制单元的光信号，用频率间隔f2的等间隔多频信号调制经过双臂光调制器件的下臂调制单元的光信号，频率间隔f1与另一频率间隔f2具有重复频率差△f；

16、步骤3、双臂光调制器件将经过上臂调制单元后的上臂光信号和下臂调制单元调制后的下臂光信号合为一路产生双光梳信号；

17、所述频率间隔分别为f1和f2的等间隔多频信号包括频谱上具有固定间隔多个频率分量，是脉冲、啁啾信号、周期性随机信号中的一种及其组合。

18、所述等间隔多频信号对经过的光信号的幅度、相位、偏振、频率中的一种或多种进行调制。

19、所述等间隔多频信号利用电光效应、磁光效应、声光效应、热光效应、光弹效应中的一种或多种对经过的光信号进行调制。

20、所述连续波光源可以是单频紫外、可见、红外光源或太赫兹波光源。

技术特征：

1.一种基于单个光调制器的双光梳产生系统，其特征在于，包括：连续波光源、双臂光调制器件、多频信号发生装置1和多频信号发生装置2；其中连续波光源产生单频相干光，该单频相干光作为输入光进入双臂光调制器件进行调制；多频信号发生装置1产生具有频率间隔f1的等间隔多频信号；多频信号发生装置2产生具有另一频率间隔f2的等间隔多频信号，频率间隔f1与另一频率间隔f2具有重复频率差△f；双臂光调制器件具有并行的上臂调制单元和下臂调制单元，双臂光调制器件将输入光分为两部分分别通过并行的上、下臂调制单元，通过上臂调制单元的上臂光信号被多频信号发生装置1产生的信号调制，通过下臂调制单元的下臂光信号被多频信号发生装置2产生的信号调制，在双臂光调制器件中，上臂调制单元和下臂调制单元输出的被调制的光信号最终合为一路，形成输出的双光梳信号。

2.根据权利要求1所述的基于单个光调制器的双光梳产生系统，其特征在于，多频信号发生装置1和多频信号发生装置2是任意波形发生器、梳状信号发生器、周期性啁啾信号发生器、随机序列发生器中的一种或其组合。

3.根据权利要求1所述的基于单个光调制器的双光梳产生系统，其特征在于，所述双臂光调制器件所具有的上臂调制单元和下臂调制单元对通过的光信号的幅度、相位、偏振、频率中的一种或多种进行调制。

4.根据权利要求1所述的基于单个光调制器的双光梳产生系统，其特征在于，所述双臂光调制器件所具有的上臂调制单元和下臂调制单元利用电光效应、磁光效应、声光效应、热光效应、光弹效应中的一种或多种对通过的光信号进行调制。

5.根据权利要求1所述的基于单个光调制器的双光梳产生系统，其特征在于，所述连续波光源是半导体激光器、光纤激光器、固体激光器或液体激光器。

6.一种基于单个光调制器的双光梳的产生方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的基于单个光调制器的双光梳产生方法，其特征在于，所述频率间隔分别为f1和f2的等间隔多频信号包括频谱上具有固定间隔多个频率分量，是脉冲、啁啾信号、周期性随机信号中的一种及其组合。

8.根据权利要求6所述的基于单个光调制器的双光梳产生方法，其特征在于，所述等间隔多频信号对经过的光信号的幅度、相位、偏振、频率中的一种或多种进行调制。

9.根据权利要求6所述的基于单个光调制器的双光梳产生方法，其特征在于，所述等间隔多频信号利用电光效应、磁光效应、声光效应、热光效应、光弹效应中的一种或多种对经过的光信号进行调制。

10.根据权利要求6所述的基于单个光调制器的双光梳产生方法，其特征在于，所述连续波光源是单频紫外、可见、红外光源或太赫兹波光源。

技术总结
本发明公开了一种基于单个光调制器的双光梳产生系统和方法。该产生系统包括：连续波激光源产生单频相干光，该单频相干光进入双臂光调制器件进行调制，两个多频信号发生装置产生两套频率间隔有差异的等间隔多频信号；双臂光调制器件将输入光分为并行的两臂光路，两臂光信号分别受到两套等间隔多频信号调制，上下两臂经过调制的光信号合为一路产生双光梳光信号。本发明能够利用单个光调制器产生双光梳，双光梳具有良好的相干性，结构简单，复杂度低，显著降低了系统成本。

技术研发人员：赵欣,杜玉山,郑铮,万育航
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29