基于锁相控制的宽带光学频率梳产生系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微波光子学领域，更具体的说是一种基于锁相控制的宽带光学频率梳发生系统。
【背景技术】
[0002]为了实现微波频率与光学频率的连接，人们很早就提出了频率链的方案，其主要思想是通过非线性频率变换等手段，将光学频率变换到微波频率。由于这种方案复杂的技术过程和低的非线性效率，科学家们经过十多年的艰苦努力，直到20世纪末才建成这样的装置。但是，频率链庞大的体积结构及多次转化所形成的积累误差，决定了用其测量光频的复杂性和不确定性。2005年，诺贝尔奖获得者提出了光学频率梳的概念，光学频率梳对很多人而言也是一个新的概念，正是由于光学频率梳的发明，才使得人们第一次能够用微波频标直接测量光学频标，并进而为发展更高精度的下一代光钟、实现用光学频标标定微波频标提供了可能，这一重大突破不仅被广泛认为是频率测量历史上具有革命性意义的进展，而且也促进了激光精密光谱学、阿秒激光物理等学科的发展。为此，很多科研工作者提出了很多方法产生光学频率梳，如利用高非线性光纤中的非线性效应产生，利用级联调制器产生等。但是这些方法都存在不稳定性，并且需要高频率的微波源。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于，提供一种基于锁相控制的宽带光学频率梳发生系统，其是基于电锁相控制的方法产生宽带光学频率梳的方案，克服了传统方法在带宽、重量、体积、电磁兼容等方面的难题。
[0004]本发明公开一种基于锁相控制的稳定宽带光学频率梳产生系统，包括:
[0005]一窄线宽激光器，其用于提供相干种子光源；
[0006]—光分束器，其输入端与窄线宽激光器的输出端连接，用于将所述种子光源分成两路；
[0007]— FP腔电光相位调制器，其光输入端口 a与光分束器的输出端连接，用于对窄线宽激光器输出的相干种子光源进行往返相位调制；
[0008]一光分束器，其输入端与FP腔电光相位调制器的光输出端口 b连接，用于将调制后的光信号分成两路输出；
[0009]—第一光电探测器，其光输入端与光分束器的一光输出端连接；
[0010]—第二光电探测器，其光输入端与光分束器的一光输出端连接，该第一光电探测器和第二光电探测器构成偏置点控制电路，用于接收来自第一光电探测器和第二光电探测器的输出电信号进行直流电信号比较，并输出电压信号反馈控制；
[0011]—偏置Tree，其直流电信号输入端口 b与偏置点控制电路的电压信号反馈控制输出端连接，该偏置Tree的输出端口 c与FP腔电光相位调制器的输入端口 c连接，用于将反馈控制电压信号通过偏置Tree控制FP腔电光相位调制器；
[0012]—参考微波信号，其用于提供低频稳定的参考微波信号；
[0013]一点锁相控制模块，请输入端与参考微波信号的输出端连接，其输出端与偏置Tree的输入端口 a连接，用于实现高频合成器产生低相位噪声高频微波信号。
[0014]本发明的有益效果是，基于电锁相控制的方法产生宽带光学频率梳的方案，克服了传统方法在带宽、重量、体积、电磁兼容等方面的难题。
【附图说明】
[0015]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明，其中:
[0016]图1是本发明基于锁相控制的宽带光学频率梳的产生系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]请参阅图1所示，本发明提供一种基于锁相控制的宽带光学频率梳的产生系统，包括:
[0018]一种基于锁相控制的稳定宽带光学频率梳产生系统，包括:
[0019]一窄线宽激光器1，其用于提供相干种子光源，该所述窄线宽激光器I是调谐波长形式的半导体激光器或者光纤激光器；
[0020]—光分束器2，其输入端与窄线宽激光器I的输出端连接，用于将所述种子光源分成两路，其中一路光信号输出给后面的光相位调制器用于加载电信号之用，另一路光信号用于输入给第一光电探测器5进行光电探测后用于后面的鉴相之用；
[0021]— FP腔电光相位调制器3，其光输入端口 a与光分束器2的输出端连接，用于对窄线宽激光器I输出的相干种子光源进行往返相位调制，该FP腔电光相位调制器3为相位调制器或铌酸锂相位调制器，该铌酸锂相位调制器的两端面镀有高反射膜；
[0022]—光分束器4，其输入端与FP腔电光相位调制器3的光输出端口 b连接，用于将调制后的光信号分成两路输出，一路输出给第二光电探测器6用于检测光相位，用于鉴相之用；另一路输出用于信号提取，产生稳定的光学频率梳。
[0023]—第一光电探测器5，其光输入端与光分束器2的一光输出端连接；
[0024]—第二光电探测器6，其光输入端与光分束器4的一光输出端连接，该第一光电探测器5和第二光电探测器6构成偏置点控制电路7，用于接收来自第一光电探测器5和第二光电探测器6的输出电信号进行直流电信号比较，并输出电压信号反馈控制FP腔电光相位调制器3的偏置点；
[0025]其中，所述偏置点控制电路7利用检测输入FP腔电光相位调制器3前的电信号相位信息和经过FP腔电光相位调制器3输出后的电信号的相位信息，通过比较变化相位反馈控制FP腔电光相位调制器3的偏置电压。
[0026]—偏置Tree 8，其直流电信号输入端口 b与偏置点控制电路7的电压信号反馈控制输出端连接，该偏置Tree 8的输出端口 c与FP腔电光相位调制器3的输入端口 c连接，用于将反馈控制电压信号通过偏置Tree 8控制FP腔电光相位调制器3 ;
[0027]一参考微波信号9，其用于提供低频稳定的参考微波信号，主要是基于锁相环产生高频振荡器的原理，利用输入低频电信号，如1MHz经过锁相环路振荡产生倍频微波信号输出；
[0028]一点锁相控制模块100，请输入端与参考微波信号9的输出端连接，请输出端与偏置Tree 8的输入端口 a连接，用于实现高频合成器产生低相位噪声高频微波信号。其中该锁相控制模块100包括:依序连接的鉴相器101、环路滤波器102、压控振荡器103和分频器104，该分频器104的输出端与鉴相器101的端口 c连接，该锁相控制模块100其中的分频器104为可编程形式，可以对参考微波信号9的任意整数倍的高频微波信号进行分频输出。
[0029]其中参考微波信号9输出的微波信号与鉴相器101的电信号输入端a连接；鉴相器101的电信号输入端C与分频器104的输出端连接，鉴相器101的电信号输出端b与环路滤波器102的输入端连接；环路滤波器102的电输出端与压控振荡器103的输入端连接；压控振荡器产生倍频于输入参考微波信号9的信号，如产生1GHz微波信号，为参考信号的1000倍，并分两路输出，一路输出给偏置Tree 8的微波信号输入端a，用于对FP腔相位调制器进行调制，在这里，由于FP腔相位调制器的特殊结构，导致其自身存在一自由光谱范围FSR，即固定重复频率，所以调制的微波信号必须是其FSR的整数倍。一路反馈输出给鉴相器101的电信号输入端b，该锁相控制模块100主要用于实现高频合成器产生低相位噪声高频微波信号；该分频器104为可编程形式，可以对参考微波信号9的任意整数倍的高频微波信号进行分频输出。
[0030]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于锁相控制的稳定宽带光学频率梳产生系统，包括: 一窄线宽激光器，其用于提供相干种子光源； 一光分束器，其输入端与窄线宽激光器的输出端连接，用于将所述种子光源分成两路； 一 FP腔电光相位调制器，其光输入端口 a与光分束器的输出端连接，用于对窄线宽激光器输出的相干种子光源进行往返相位调制； 一光分束器，其输入端与FP腔电光相位调制器的光输出端口 b连接，用于将调制后的光信号分成两路输出； 一第一光电探测器，其光输入端与光分束器的一光输出端连接； 一第二光电探测器，其光输入端与光分束器的一光输出端连接，该第一光电探测器和第二光电探测器构成偏置点控制电路，用于接收来自第一光电探测器和第二光电探测器的输出电信号进行直流电信号比较，并输出电压信号反馈控制； 一偏置Tree，其直流电信号输入端口 b与偏置点控制电路的电压信号反馈控制输出端连接，该偏置Tree的输出端口 c与FP腔电光相位调制器的输入端口 c连接，用于将反馈控制电压信号通过偏置Tree控制FP腔电光相位调制器； 一参考微波信号，其用于提供低频稳定的参考微波信号； 一点锁相控制模块，请输入端与参考微波信号的输出端连接，其输出端与偏置Tree的输入端口 a连接，用于实现高频合成器产生低相位噪声高频微波信号。
2.如权利要求1所述的基于锁相控制的宽带光学频率梳产生系统，其中所述窄线宽激光器是调谐波长形式的半导体激光器或者光纤激光器。
3.如权利要求1所述的基于锁相控制的宽带光学频率梳产生系统，其中的FP腔电光相位调制器为相位调制器或铌酸锂相位调制器，该铌酸锂相位调制器的两端面镀有高反射膜。
4.如权利要求1所述的基于锁相控制的宽带光学频率梳产生系统，其中所述偏置点控制电路利用检测输入FP腔电光相位调制器前的电信号相位信息和经过FP腔电光相位调制器输出后的电信号的相位信息，通过比较变化相位反馈控制FP腔电光相位调制器的偏置电压。
5.如权利要求1所述的基于锁相控制的宽带光学频率梳产生系统，其中锁相控制模块包括:依序连接的鉴相器、环路滤波器1、压控振荡器和分频器，该分频器的输出端与鉴相器的端口 c连接。
6.如权利要求5所述的基于锁相控制的宽带光学频率梳产生系统，其中锁相控制模块其中的分频器为可编程形式，可以对参考微波信号的任意整数倍的高频微波信号进行分频输出。
【专利摘要】一种基于锁相控制的稳定宽带光学频率梳产生系统，包括：一窄线宽激光器及依序连接的光分束器、FP腔电光相位调制器、光分束器、第一光电探测器、第二光电探测器、偏置Tree、参考微波信号和点锁相控制模块，其输入端与参考微波信号的输出端连接，其输出端与偏置Tree的输入端口a连接。本发明其是基于电锁相控制的方法产生宽带光学频率梳的方案，克服了传统方法在带宽、重量、体积、电磁兼容等方面的难题。
【IPC分类】G02F1-35, G02F1-03, H01S3-10
【公开号】CN104536232
【申请号】CN201510002648
【发明人】孙文惠, 刘建国, 袁海庆, 王玮钰, 王文亭, 佟有万, 王欣, 祝宁华
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月5日