光频梳组件和方法与流程

本发明涉及光频梳领域。

背景技术：

光频梳可以例如使用锁模激光器(振荡器)而产生，并且在光频域中具有等距的模式fm，所述模式用公式fm＝m×frep+f0表征，其中m是自然数，f0是频率梳的偏移频率。光频梳例如被用于光谱学或精确频率测量中，特别是被用于光学钟中。

de19911103a1和de10044404a1例如描述了通过作用于频率梳发生器的光学谐振器上以使模式距离frep(在锁模激光器中，也被称为重复频率)和偏移频率f0稳定以提供稳定的频率梳来使光频梳稳定的方式。

将频率梳发生器的输出划分为将被用于一个或多个应用中的几个光分支可能是方便的。在光分支中，光可以进行放大和非线性处理以针对使用它的应用专门定制光。这样的多分支系统对于需要截然不同的光频上的光学输出的测量是尤其重要的。例子是基于不同的原子或离子的光学钟的比较。在n.nemitz等人在2016年naturephotonics第10卷第4期中的文章中，使用698nm和578nm上的中性的sr原子和yb原子。为了提供对应的两个光频上的光，优选的是使用两个单独的分支。这确保具有足够的信噪比来支持低相位噪声应用的长期稳定的操作。

在分支中，光路受制于环境变化。尤其不利的是声学噪声、温度变化和机械振动。它们全都严重地干扰光路，并且在不同的分支中行进的光中引起相位变化。因为频率是相位的时间导数，所以频率梳的受到干扰的相位导致其中模式与原始位置有频率移位的频率梳。对于10^-16范围和超出该范围的范围内的许多高精度应用，这必须被避免。

另外，光分支中的非线性光学效应(其可能与放大和频率转换相关，或者由放大和频率转换引起)例如可能导致振幅转换为相位噪声，其中相位噪声累积在分支中，因此可能还使光分支输出的频率梳不稳定。

k.kashiwagi等人所写的文章“multi-branchfibercombwithrelativefrequencyuncertaintyat10^-20usingfibernoisedifferencecancellation”(2018年opticsexpress第26卷第7期)提出了使多分支、基于纤维的频率梳稳定的方式。振荡器输出脉冲被划分为单独的分支。每个划分的脉冲被掺铒的纤维放大器放大，并且被后面的高度非线性的纤维扩频。第一分支(ceo锁定分支)用于使振荡器的ceo(载波包络偏移)频率稳定。该文章陈述了在ceo锁定分支中引起的纤维噪声将通过对于振荡器的泵激光二极管的反馈控制而被取消。然而，其他分支的输出将受害于来源于对于ceo锁定分支不共用的纤维路径的不同的纤维噪声。为了抑制由于纤维噪声差异而导致的波动，在所述其他分支中提供了基于纤维拉伸器的纤维噪声差异取消装置。纤维拉伸器安装在受控的纤维长度的所述其他分支中，以使得残余的纤维噪声与ceo锁定分支中的残余的纤维噪声是相同的。根据该文章，常见的纤维噪声将通过ceo频率和重复频率的反馈控制而被抵消。

尽管该文章陈述了振荡器的偏移频率和重复频率的反馈控制将抵消常见的纤维噪声，但是所提出的系统似乎是将来自ceo锁定分支中的相位噪声引入到其他分支中。此外，将对于偏移频率的反馈控制与相位噪声补偿混合导致可能难以处理的复杂的系统。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于操作光频梳组件的方法和对应的频率梳组件，该方法和频率梳组件使得可以以高效的方式改进具有至少一个光学元件的至少一个分支光路中的相位稳定性和准确性。

该目标通过权利要求1的主题和权利要求15的主题来实现。从属权利要求描述了本发明的有利的实施例。

根据本发明的用于操作光频梳组件的方法包括操作光频梳源以产生组成光频梳的激光，并且将所述激光引入到公共光路中。用来自所述公共光路的激光播种包括至少一个光学元件的至少一个分支光路。对于所述至少一个分支光路，确定频率梳组件内的在所述至少一个光学元件上游的参考点处耦合输出的激光和所述至少一个分支光路中提供的在所述至少一个光学元件下游的测量点处耦合输出的激光之间的、所述光频梳的第一频率模式v1的相位差。基于确定的与目标值的相位差的偏差来提供对于来自所述至少一个分支光路的激光的相位校正。

详细地说，可以基于确定的与目标值的相位差的偏差的时间演变来提供相位校正。

贯穿所述至少一个分支光路、特别是贯穿分支光路的所述至少一个光学元件的光所穿过的路径可能受制于诸如环境变化的变化。例如，声学噪声、温度变化和机械振动可能是尤其不利的。它们全都可以严重地干扰光路，并且在所述至少一个分支光路中行进的光中引起相位变化。因为频率是相位的时间导数，所以频率梳的受到干扰的相位导致其中模式与原始位置有频率移位的频率梳。该影响可以根据本发明被至少部分地校正。

因为参考点处耦合输出的激光和测量点处耦合输出的激光之间的、第一频率模式v1的相位差被确定，所以对于所述至少一个分支光路的相位校正考虑了分支光路中的实际的相位噪声。因此，可以实现分支光路的具有特别高的稳定性和准确性的输出。

相位校正可以补偿时间相关的相位不稳定性，所述时间相关的相位不稳定性由于频率是相位的时间导数，将在穿过所述至少一个分支光路的梳状光中导致频率移位。

具体地说，相位差可以被连续地或半连续地、例如循环地确定，以能够适当地监视相位的时间演变，并且将该时间演变考虑到相位校正中，以便提供时间相关的相位校正，特别是补偿时变的环境参数，比如温度和湿度或纤维上的机械应力。

在多个分支光路的情况下，优选地，第一频率模式v1对于每个分支光路都是相同的，在第一频率模式v1下，参考点处耦合输出的激光和测量点处耦合输出的激光之间的相位差被确定。这使得所述方法更易于实现，因为一些测量设备可以在分支光路之间共享。然而，原则上，还将可以设想，第一频率模式v1对于分支光路中的每个或者分支光路中的一些是不同的。

如所陈述的，对于来自所述至少一个分支光路的激光的相位校正是基于确定的与目标值的相位差的偏差。所述目标值可以是预定值，或者可以在光频梳组件的操作期间自动地或手动地确定。

相位校正可以补偿参考点和测量点之间的相位差的波动。然而，不要求将相位差设置为预定的特定值。此外，不要求确定相位差的准确值。如果相位差被确定到使得可以比较同一个分支光路中的相位差的不同测量并且辨识它们的变化的程度，则是足够的。

所述光频梳组件或其部分、特别是公共光路和/或所述至少一个分支光路或其部分可以例如被实现为纤维-光学组件、自由空间光学组件、或波导组件或它们的组合。具体地说，所述至少一个分支光路可以部分地或完全地由在自由空间中引导光的自由空间组件、由玻璃或塑料制成的光纤、波导结构(比如硅基板上的硝酸硅波导)或它们的组合组成。

在优选实施例中，在多个分支光路的情况下，参考点对于分支光路中的每个都是相同的。根据这样的实施例，对于所有的分支光路，只需要一个用于耦合输出用于相位测量的光的耦合输出点。优选地，参考点位于公共光路中、公共光路划分为分支光路的前面或那个地方。然而，参考点可以例如还位于公共光路中、一个或多个分支光路已经分叉的后面，或者甚至可以位于分支光路中的一个中，优选地，在分支光路的所述至少一个光学元件的上游。

确定参考点处耦合输出的激光和测量点处耦合输出的激光之间的、第一频率模式v1的相位差优选地包括测量参考光和参考点处耦合输出的激光之间的跳动信号、以及该参考光和测量点处耦合输出的激光之间的跳动信号。通过测量所述跳动信号，可以容易地推断相位信息。所述跳动信号可以例如如整个地通过引用并入本文的de102011122232a1中所描述的那样产生。

例如，从两次跳动提取相位可以包括用无死区时间计数器读出跳动并且对所述数据进行分析以得到相位。可以用快速adc来对跳动进行采样，并且可以通过软件来推导相位。两次跳动可以被发送给rf混合器，并且被下混到dc以得到相位(模拟的)。此外，可以从两次跳动正交地获得误差信号。

参考光可以例如被提供为连续激光(cw)。具体地说，参考光可以由提供用于相位测量的稳定参考的超稳定cw激光器(诸如menlosystems的ors1500)提供。可替代地，参考光可以从由光频梳源提供给公共光路的光频梳得到。这去除了对于为参考光提供附加光源的需要。

参考光可以特别是通过以下方式产生，即，将来自频率梳源的激光提交给移频器以引入稍微的频率移位(通常约为几个10mhz)，从而使得可以检测跳动。可选地，意图用作参考光的激光可以被提交给频率滤波。光频梳源提供的激光的一部分可以被分叉，被用适当的滤波器滤波为一种或几种模式，被放大(如果必要的话)，并且在被用于跳动测量之前被提交给移频器。

在参考光从光频梳源提供的光频梳得到的情况下，只测量参考光和测量点处耦合输出的激光之间的跳动信号可能是足够的。还测量参考光和参考点处耦合输出的激光之间的跳动信号不是绝对必要的，但是却是可能的。因为用于测量参考光和测量点处耦合输出的激光之间的跳动信号的参考光已经包含来自光频梳源供应给公共光路的频率梳的信息，所以仅测量一个跳动信号可以使得可以以足够的准确性确定参考点处耦合输出的光和测量点处耦合输出的光之间的相位差。为了提高准确性，有利的是从公共光路、参考点附近或参考点处耦合输出用作参考光的光。

为了减小通过引导参考点处耦合输出的激光和测量点处耦合输出的激光以用于测量相位差而可能引入的任何不稳定影响，参考点处耦合输出的光在被耦合输出之后且在进行测量之前将穿过的路径和测量点处耦合输出的光在被耦合输出之后且在进行测量之前将穿过的路径分别不长于20cm，优选地不长于10cm，更优选地不长于1cm，更优选地不长于0.1cm。相同的约束可以适用于参考激光器(超稳定cw激光器)的最后一个公共节点s和各自的测量装置的连接。在优选实施例中，参考激光器的公共分叉点s和参考点r之间的连接长度、以及公共分叉点s和测量点p之间的连接长度分别不长于20cm，优选地不长于10cm，更优选地不长于1cm，更优选地不长于0.1cm。

所述至少一个分支光路中提供的所述至少一个光学元件可以被配置为对穿过所述至少一个光学元件的激光诱导光学上非线性的过程。具体地说，所述至少一个光学元件可以具有非线性光学性质的至少一个元件。这可以例如使得可以针对用户的特定需要定制分支光路的输出。在特定的例子中，如上所述的非线性影响可以产生具有与原始梳光不同的光频、但是仍满足梳状方程fm＝m×frep+f0的频率梳光，其中f0可能被修改。这使得可以产生用于分支光路供应的应用中的模式。作为特定的例子，所述至少一个光学元件可以包括放大器和/或扩频器。放大器可以优选地是具有掺杂铒或镱或铥的纤维的纤维放大器。掺杂铒的纤维放大器(edfa)是例如电信行业中的常见工具。然而，也可以使用半导体装置或任何其他的放大手段。

所述至少一个分支光路中提供的所述至少一个光学元件可以被配置为对于穿过所述至少一个光学元件的激光诱导χ(2)过程(还有chi(2)过程)和/或χ(3)过程(还有chi(3)过程)和/或拉曼效应(诸如自孤子拉曼移位)。具体地说，可以使用如de102006023601a1中所描述的拉曼过程。所涉及的χ(2)过程可以是例如频率翻倍、和与差频产生或参数化放大中的一个或多个。所涉及的χ(3)过程可以是例如自相位调制和四波混合中的一个或多个。

可替代地或另外，所述至少一个分支光路中提供的所述至少一个光学元件可以被配置为放大穿过所述至少一个光学元件的激光。此外，所述至少一个光学元件可以包括用于将来自公共光路的光引导到从所述至少一个分支光路供应光的应用的一个或多个光学元件，诸如光纤。这样的光传输线路可以具有相对较短的长度，或者甚至可以具有至少1m、至少10m或至少100m的长度，例如以用于提供不同实验室之间的纤维连接。

优选地，所述频率梳光由锁模激光器产生。其他实施例可以使用其他的光频梳源，比如基于微型谐振器的梳源(naturephotonics第13卷第158-169页(2019年))、基于eom的梳源(opticsletter第33卷第11期第1192-1194页(2008年))和dfg梳源(如例如us6,724,788b1中所描述)。优选地，梳是针对高准确性参考而稳定的(光学的或rf)。

优选地，光频梳源本身相对于频率梳的偏移频率f0和/或重复频率frep是稳定的。这确保频率梳源引入到公共光路中的光已经具有高频率稳定性。优选地，频率梳的偏移频率f0和/或重复频率frep的稳定是光频源本身的一部分，而不与对于来自所述至少一个分支光路的激光的相位校正纠缠在一起。标准的稳定化频率梳源可以与本发明一起使用。

根据实施例，所述至少一个分支光路可以完全地或部分地被设在受到环境保护的盒子中以减小来自环境变化的不稳定影响。具体地说，就温度而言，受到环境保护的盒子可以使所述至少一个分支光路稳定。

本发明对于高稳定性和准确性的频率梳是最有用的。在优选实施例中，频率梳具有如就allan偏差测得的、1秒时10^-13或更好的稳定性。其他优选实施例具有1秒时10^-16或者甚至1秒内10^-18的稳定性。

优选实施例中的这样的频率梳的准确性为10^-18或更好。

根据实施例，相位校正可以包括通过根据控制方案、特别是经由一个或多个锁相环操作一个或多个致动器来修改所述至少一个分支光路的光学性质。这使得能够在分支光路中执行实时的相位校正，并且在分支光路的输出处提供经过相位校正的激光。

可以通过使用一个或多个致动器修改测量点上游的至少一个分支光路中的光学性质(尤其是组延迟和/或相位延迟)来建立闭合反馈环。作为替代，还可以设想，相位校正包括前馈方案。这可以例如通过使用一个或多个致动器修改测量点下游的至少一个分支路径中的光学性质来实现。

致动器可以包括例如温度修改组件、纤维挤压器、纤维拉伸器(例如被实施为压电鼓)、具有可调长度的自由空间光路节段、电光器件、声光器件或它们的组合。

根据另一个实施例，对于来自所述至少一个分支光路的激光的相位校正可以包括数据的后处理。在这种情况下，没有必要基于确定的相位差驱动致动器。例如，可以记录对于所述至少一个分支光路获取的相位差的时间演变，并且当基于所述至少一个分支光路的输出处提供的激光评估在特定应用中获得的数据时，可以考虑该时间演变。

优先地，对于所述至少一个分支光路，不同于第一频率模式v1的第二频率模式v2被用于通过分支光路供应光的应用。不同于第一频率模式v1的这样的频率模式可以例如由分支光路的所述至少一个光学元件产生。在多个分支光路的情况下，为了使所有的分支光路的相位稳定，可以使用同一个第一频率模式v1，但是分支光路使用不同的第二频率模式v2来供应应用。

通过所述至少一个分支光路供应光的应用可以出于各种目的使用来自所述至少一个分支光路的光。例如，所述应用可以使用光来产生跳动信号，例如以便比较两个时钟激光器。

在不同于所述应用中所用的频率(第二频率模式v2)的频率(第一频率模式v1)上检测参考点处耦合输出的光和测量点处耦合输出的光之间的相位差是根据本发明的实施例的特定构思，该构思被发明人称为“二向色检测”。

优选地，相位校正包括频率变换步骤，以使得相位校正在所述应用所用的第二频率模式v2下提供校正，特别是优化的校正，但是相位校正使用在第一频率模式v1下确定的相位差。在简单的版本中，在第一频率模式v1下检测到的相位差可以被用于频率变换步骤中以估计第二频率模式v2下的相位差例如，根据线性关系来估计。

尽管二向色检测的构思可以被以这种简单的形式使用，但是可以通过使用频率变换步骤的更复杂的版本来进一步改进该构思。组延迟和相位延迟在不同的介质(除了真空)中一般是不相等的，它们的可能的变化一般也是不同的。这意味着，线性关系可能是不准确的。为了更好地理解这，以下一般的物理考虑可以是有用的。

让我们考虑膨胀的、具有长度l的一条纤维(其例如可以是本发明的光频梳组件的分支光路的一部分，或者可以是其光学组件)。对于该例子，我们假定测量纤维的末端与1.5μm波长(或200thz的光频)的cw激光之间的相位差得到光纤长度以每秒1个周期(2pi)(参考用于测量的光的波长)的速率膨胀。这对应于每秒1.5μm的膨胀的光路长度。为了参考，典型的玻璃纤维具有大约10^-5/k的用于光路的热膨胀系数，这意味着对于1.5m的一条纤维，每秒0.1k的温度变化对于实现这样的漂移率将是必要的。在以上情况下，200thz的cw光的频率在已经贯穿纤维之后将具有1hz或0.5x10^-14的变化。该效应被称为多普勒漂移。因此，容易看出，相对较小的温度变化可以引入很大的频率漂移。

如果对于1μm(300thz)的cw光进行相同的测量，则第一逼近将使我们得出这样的假定，即，1.5个周期(3pi)的1μm光将适合附加的1.5μm光路长度。因此，我们将与频率差成比例的300thz/200thz＝1.5/1的缩放因子应用于光学周期或光路长度。

不幸的是，这不是完全正确的。因为组延迟和相位延迟一般将不会以相同的方式改变，所以脉冲串(类似于具有模式间隔frep的频率梳)对于不同的频率分量将看到不同的光路长度变化。让我们现在假定组延迟的变化大于相位延迟的变化(正常分散体制)。这意味着脉冲串对于1μm组件将看到更大的光路长度变化。如果我们现在使用梳来测量到300thz激光的距离，则我们发现300thz的频率的位移看起来略大于1.5hz。这个影响、因此相关联的校正已经被测量为大约几个百分比。

根据本发明的实施例，这样的影响可以被考虑到一阶或几阶中。对于第一阶，可以通过引入导致关系的固定点频率vfix来考虑所述影响，该关系可以被用于根据实施例的更复杂的频率变换步骤中。不幸的是，对于分支光路和/或其中提供的光学元件，特别是对于大多数商业纤维，分散性质对于预测固定点频率vfix来说并不是足够了解的。

为了在相位校正中实现改进的频率变换步骤，所述方法可以进一步包括执行参考测量，所述参考测量表征贯穿所述至少一个分支光路的激光的频率和所述激光的在参考点处耦合输出的一部分与所述激光的在测量点处耦合输出的另一部分之间的相位差之间的关系。通过使用该参考测量，可以确定固定点频率vfix，并且可以在不同于第一频率模式v1的期望的频率模式下，特别是在第二频率模式v2下，就改进的准确性优化相位校正。应注意到，然而，没有必要实际上基于参考测量的结果来计算vfix。如果测量将使得可以计算vfix，则可以是足够的。存在实现在改进的频率变换步骤中所用的、基于参考测量的结果的准确计算的各种方式。

参考测量可以包括对于贯穿所述至少一个分支光路的激光，测量两个不同的频率vref,a、vref,b上的相位延迟。具体地说，这可以包括对于贯穿所述至少一个分支光路的激光，在所述两个不同的频率vref,a、vref,b上，测量所述激光的在参考点处耦合输出的一部分和所述激光的在测量点处耦合输出的另一部分之间的差异。可替代地，参考测量可以包括对于贯穿所述至少一个分支光路的激光，测量一个频率vref,a上的组延迟和相位延迟。通过使用该参考测量，可以确定(但是，如上所述，不必显式地确定)固定点频率vfix，并且可以在不同于第一频率模式v1的期望的频率模式下，特别是在第二频率模式v2下，就改进的准确性优化相位校正。

根据实施例，参考测量可以在光频梳组件的操作之前或开始时进行。该参考测量的结果可以被用在频率梳组件的操作期间，在操作期间没有进一步的调整。当然，这不应排除不时地或者在组件的使用期间、在参考测量中运行获得最新的值、特别是用于固定点频率vfix的最新的值的标定测量的可能性。

频率变换步骤、特别是固定点频率vfix可以取决于时间，特别是由于扰动(诸如不同环境参数(比如温度和湿度)的变化)的变化的性质，而且还由于纤维上的机械应力。因此，根据替代实施例的参考测量在频率梳组件的操作期间也可以以连续的或半连续的方式或者循环地进行以更新频率梳的操作期间的频率变换步骤，以进一步改进准确性。

为了执行参考测量，根据实施例，可以使用连续波(cw)激光。如果参考测量在组件被提供给客户之前被执行，则这是特别有利的。然而，参考测量也可以使用来自组件本身的频率梳源或者来自外部频率梳源的光来执行。如果来自频率梳源的光被用于参考测量，则可以在与频率梳的频率模式相对应的频率vref,a、vref,b上进行参考测量。具体地说，vref,a和vref,b中的一个可以对应于第一频率模式v1或第二频率模式v2。

一般来讲，对来自所述至少一个分支光路的激光提供相位校正可以包括频率变换步骤，该频率变换步骤是基于参考测量，并且考虑不同于第一频率模式v1的第二频率模式v2以获得从至少一个分支光路输出的使第二频率模式v2稳定的光。

本发明还涉及一种光频梳组件。所述光频梳组件包括：公共光路；光频梳源，所述光频梳源被配置为产生组成光频梳的激光并且将所述激光引入到所述公共光路中；以及用来自所述公共光路的激光播种的至少一个分支光路，所述至少一个分支光路包括至少一个光学元件。所述光频梳组件进一步包括相位测量组件，所述相位测量组件被配置为确定所述频率梳组件内的在所述至少一个光学元件上游的参考点处耦合输出的激光和所述至少一个分支光路中提供的在所述至少一个光学元件下游的测量点处耦合输出的激光之间的、所述光频梳的第一频率模式v1的相位差。此外，所述光频梳组件包括控制单元，所述控制单元被配置为基于确定的与目标值的相位差的偏差来提供对于来自所述至少一个分支光路的激光的相位校正。

所述光频梳组件被配置和改动为执行根据本发明的方法和/或将被与所述方法一起使用。关于所述方法描述的任何特征可以被转移到所述光频梳组件，反之亦然。

附图说明

以下，将通过参照附图描述实施例来进一步描述本发明。

图1示出例示说明频率梳的概念的示意图；

图2示出例示说明用于操作根据实施例的光频梳组件的方法的示意性框图；

图3示出例示说明用于操作根据实施例的光频梳组件的方法的示意性框图，其中cw激光作为参考光源；

图4示出例示说明用于操作根据实施例的光频梳组件的方法的示意性框图，其中参考光是从所述光频梳源得到的；

图5示出例示说明用于操作根据另一个实施例的光频梳组件的方法的示意性框图，其中参考光是从所述光频梳源得到的；以及

图6是根据用于描述本发明的实施例的不同模型的、穿过分支光路的光的频率和该光在该分支光路中拾取的相位移位之间的关系的示意图。

具体实施方式

本发明涉及组成光频梳的激光。图1的上部部分用电场对时间的表示示出了激光脉冲2。激光脉冲2的包络4和激光脉冲2的载波6这二者都被示出。载波6用光频范围内的正弦曲线振荡表示。

图1的下部部分用强度对频率的表示示出了与来自图1的上部部分的激光脉冲2相关联的光频梳8。光频梳8具有多个激光模式，这些激光模式的频率可以用公式fm＝m×frep+f0描述，其中frep(重复频率)是频域中的相邻模式的距离，m是自然数，f0被称为光频梳8的偏移频率，特别是载波-包络偏移频率。真实的光频梳8的模式当然在频域中在有限的宽度上延伸。

图2是例示说明本发明的工作原理的示意性框图。该图例示说明具有光频梳源3的光频梳组件1，光频梳源3产生组成光频梳8的激光。光频梳8可以例如是由fs激光器(纤维激光器、固态激光器等)、hz线宽梳、dfg梳、电光梳、基于微型谐振器的梳、基于光子集成电路的梳等产生的梳。优选地，频率源3本身是相对于光频梳8的偏移频率f0和/或重复频率frep稳定的。具体地说，光频梳源3可以是具有纤维耦合的输出端口和放大器的纤维激光器，诸如menlosystemsfc1500系统(250mhz重复率，基于nolm的激光器)。在优选实施例中，使用如de102014226973a1(其整个地通过引用并入本文)中所描述的具有用于锁定两个自由度的快速致动器的基于nolm的激光器。基于nolm的激光器本身已经已知是低噪声的。通过快速致动器，该噪声可以进一步减小。

光频梳源3产生的激光被引入到公共光路5中。公共光路5分叉为由来自公共光路5的激光供应的多个(在例示说明的实施例中，三个)分支光路7(7a、7b、7c)。然而，如果只有一个分支光路7被提供并且被供应来自公共光路5的光，则也将是足够的。在例示说明的实施例中，分支光路7在公共分叉点处从公共光路5分叉，所述公共分叉点例如可以由纤维分裂器限定。分支光路7包括各自的输出9(9a、9b、9c)，这些输出9可以将激光供应给一个或多个应用。

为了专门定制激光以满足对应应用的要求，分支光路7中的每个都包括放大器11(11a、11b、11c)和非线性元件13(13a、13b、13c)。非线性元件13被配置为根据对于对应应用的需要、修改通过相应的分支光路7的激光的频谱。非线性元件13对于单个的分支光路7，可以具有不同的配置。

更一般地说，至少一个光学元件11、13可以被设在每个分支光路7中。所述至少一个光学元件11、13可以被配置为对于穿过所述至少一个光学元件11、13的激光诱导χ(2)过程和/或χ(3)过程。可替代地或另外，每个分支光路7中提供的所述至少一个光学元件11、13可以被配置为放大穿过所述至少一个光学元件11、13的激光。这可以例如使得可以针对用户的特定需要定制分支光路7的输出。所述至少一个光学元件11、13还可以被配置为对于穿过所述至少一个光学元件11、13的激光诱导拉曼增益，诸如自孤子拉曼移位或brillouin增益。具体地说，所述至少一个光学元件11、13可以包括非线性扩频器。这使得可以产生用于通过分支光路7供应的应用中的模式。另外或可替代地，所述至少一个光学元件11、13可以包括放大器11。

分支光路7的非线性元件13、放大器11和/或其他光学元件可以具有非线性光学性质。由于分支光路7中提供的特定元件的非线性光学性质和其他影响(诸如贯穿分支光路7的光所穿过的光路的长度的变化)，当激光穿过分支光路7时，可能引入相位不稳定。贯穿所述至少一个分支光路7、特别是贯穿分支光路7的所述至少一个光学元件11、13的光所穿过的路径可能受制于诸如环境变化的变化。例如，声学噪声、温度变化和机械振动可能是尤其不利的。它们全都可以严重地干扰光路，并且在所述至少一个分支光路7中行进的光中引起相位变化。因为频率是相位的时间导数，所以理想的频率梳的受到干扰的相位导致其中模式与原始位置有频率移位的频率梳。该影响可以根据本发明被至少部分地校正。

图2示意性地示出相位测量组件15，相位测量组件15用于测量频率梳组件1中提供的在分支光路7的光学元件11、13上游的参考点r处耦合输出的激光和在光学元件11、13下游的分支光路7c中提供的测量点p1处耦合输出的激光之间的、光频梳8的第一频率模式v1的相位差。下面将描述相位测量组件15的细节。为了易于例示说明，图2只示出了对应于分支光路7c的相位测量组件15。然而，以类似的方式，提供附加的相位测量组件15，该相位测量组件15用于测量参考点r处耦合输出的激光和其余的分支光路7b、7a的测量点p2、p3处耦合输出的激光之间的相位差。

通过分别对于分支光路7中的每个使用参考点r处耦合输出的激光和测量点p处耦合输出的激光之间的确定的相位差，对来自分支光路7中的每个的激光提供相位校正。如图2所示，对应于特定的分支光路7的相位测量组件15将在第一频率模式v1下确定的相位差提供给控制单元17。控制单元17基于相应的分支光路7的确定的与目标值的相位差的偏差来分别对来自分支光路7中的每个的激光确定并且可选地还执行相位校正。所述目标值可以是预定值，或者可以在光频梳组件1的操作期间自动地或手动地确定。此外，对于所有的分支光路7，所述目标值可以是相同的，或者可以不是相同的。

相位校正可以补偿时间相关的相位不稳定性，所述时间相关的相位不稳定性由于频率是相位的时间导数，将在穿过相应的分支光路7的梳状光中导致频率移位。

具体地说，相位差可以被连续地或半连续地、例如循环地确定，以能够适当地监视相位的时间演变，并且将该时间演变考虑到相位校正中以提供时间相关的相位校正。

在例示说明的实施例中，控制单元17通过基于对于相应的分支光路7确定的相位差操作设置在分支光路7中的致动器19以适当地修改分支光路7的光学性质来执行来自分支光路7的光的相位校正。还将可以设想，在分支光路7中的一个或一些中提供由控制单元17操作的多于一个的致动器19。例如，温度修改组件、纤维挤压器、纤维拉伸器(其可以被实施为压电鼓)、用于调整用于自由空间光路节段的长度的致动器、电光装置、声光装置或它们的组合可以被用作致动器19。具体地说，不同性质的两个或更多个致动器19可以用于根据分别在频率梳8的两个不同的频率模式(诸如第一频率模式v1和另一个模式v1b)下对于光确定的两个相位差来同时提供相位校正。

控制单元17可以执行根据闭合控制环(诸如锁相环)来执行相位校正。在这种情况下，致动器19可以被设在对应的分支光路7的测量点p上游(在图2中用连续的线示出)。然而，作为替代，如图2中用虚线所示的，致动器19也可以被设在相应的测量点p的下游。那么，用于执行相位校正的控制方案对应于前馈方案。可替代地，还将可以设想通过由没有致动器19的分支光路7供应光的应用获得的数据的后处理来执行相位校正。

图3至图5例示说明根据实施例的相位测量组件15的细节。

根据图3和图4所示的实施例，确定第一频率模式v1下的、参考点r和分支光路7的相应的测量点p之间的相位差包括测量参考光和在参考点r处分叉的激光之间的跳动信号、以及该参考光和在测量点p处分叉的激光之间的跳动信号。

根据图3所示的实施例，跳动测量中所用的参考光是由高度稳定的连续波(cw)激光器21提供的连续激光。在参考点p处反差的光和来自连续波激光器21的参考光之间的跳动信号在第一光电二极管23处测得，在第一光电二极管23处，在参考点p处分叉的光被使得与来自连续波激光器21的参考光重叠。在测量点p处分叉的激光和参考光之间的跳动信号在第二光电二极管25处测得，在第二光电二极管25处，在测量点p处分叉的光被使得与来自连续波激光器21的参考光重叠。根据实施例，来自高度稳定的cw激光器21的光可以在公共分裂点s处被分裂，并且被引导到光电二极管23、25。来自光电二极管23、25的信号被提供给控制单元17，控制单元17基于跳动信号，相应地驱动致动器19以执行相位校正。

图4示出了替代实施例，根据该实施例，提供给光电二极管23、25的参考光不是由连续波激光器21提供的，而是从由光频梳源3提供的光频梳8得到的。激光在点u处从公共光路5被分裂，并且被频率滤波器24滤波为一个或几个模式。可选地，参考光还可以被放大器25放大。激光然后被移频器27(例如，声光调制器或电光调制器)进行频率移位，以获得与在其下确定相位差的第一频率模式v1略微不同的模式。所得的参考光然后被供应给光电二极管23、25，并且如参照图3所描述的，具有分别在参考点r或测量点p处分叉的光的跳动信号被测量，并且被提供给控制单元17。从由频率梳源3提供的光得到参考光具有以下优点，即，不需要为参考光提供附加的源，诸如连续波激光器21。然而，因为参考梳源3提供的光是脉冲式激光，所以必须确保从参考点r和测量点p到达光电二极管23、25的脉冲与参考光的脉冲同步。在这样的实施例中，中心值v1周围的大量(通常是几百个)梳线可以对跳动信号做出贡献，并且得到的射频信号的相位将是所有的做出贡献的模式的平均相位。

在例示说明的实施例中，参考点r对于分支光路7中的每个都是相同的。这具有以下优点，即，不必对每个分支光路7单独地测量在参考点r处分叉的光和参考光之间的跳动信号。相反，可以执行参考点r处的激光和参考光之间的跳动信号的一次测量，并且使用该次测量来分别确定分支光路7中的每个的参考点r处的激光和测量点p处的激光之间的相位差。

在附图中，参考点r被指示为位于所有的分支光路7从公共光路5分叉的点处。这样的实现是方便的，因为将被引导到第一光电二极管23的激光可以从被提供用于将公共光路5分裂为分支光路7的分裂器的附加输出得到。然而，参考点r也可以被设在公共光路5中的另一个位置处，或者甚至被设在分支光路7中的一个中(在非线性光学元件11、13的上游)。

图5示出了与图4的实施例相关的实施例。再次，参考光是从光频梳源3提供的光频梳8得到的。如图5所示，仅测量参考光和测量点p处耦合输出的激光之间的跳动信号可以是足够的。还测量参考光和参考点r处耦合输出的激光之间的跳动信号并不是绝对必要的。激光在点u处从公共光路5被分裂，并且被频率滤波器24滤波为一种或几种模式。可选地，参考点还可以被放大器25放大。激光然后被移频器27(例如，声光调制器或电光调制器)进行频率移位，以获得与在其下确定相位差的第一频率模式v1略微不同的模式。所得的参考光然后被供应给光电二极管25，并且具有在测量点p处分叉的光的跳动信号被测量，并且被提供给控制单元17。在图5的实施例中没有提供图4所示的光电二极管23。因为用于测量参考光和测量点p处耦合输出的激光之间的跳动信号的参考光已经包含来自光频梳源3供应给公共光路5的光频梳8的信息(相位信息)，所以仅测量所述一个跳动信号使得可以以足够的准确性确定参考点r处耦合输出的光和测量点p处耦合输出的光之间的相位差。为了提供准确性，有利的是在参考点r附近或者在参考点r处从公共光路5耦合输出用作参考光的光(这意味着点u和参考点r是相同的或者彼此邻近)。具体地说，用作参考光的光在其处被耦合输出的点u也可以限定参考点r。

如上所述，分支光路7的非线性元件13可以提供通过相应的分支光路7供应光的应用将使用的频率模式。该频率模式可能不存在于参考点r处。因此，该频率可能不能被用作第一频率模式v1，在第一频率模式v1下，确定相应的分支光路7的参考点r处耦合输出的激光和测量点p处耦合输出的激光之间的相位差。对于一个或多个分支光路7，从分支光路7供应光的应用所用的第二频率模式v2可以不同于第一频率模式v1。

优选地，相位校正包括频率变换步骤，以使得相位校正在所述应用所用的第二频率模式v2下提供最优的校正，但是相位校正使用在第一频率模式v1下确定的相位差。在简单的版本中，在频率v1下检测到的相位差可以被用于频率变换步骤中以根据线性关系来估计第二频率v2下的相位差该线性关系将对应于图6的示图中所示的虚线，该虚线示出穿过分支光路7的光的频率ν和该光在分支光路7中拾取的相位移位之间的关系。根据虚线所示的线性关系，相位差具有没有分散特性的频率依赖性。

然而，因为组延迟和相位延迟或它们的变化在不同介质(除了真空)中一般是不相等的，所以线性关系可能是不准确的，特别是，如果第二频率模式v2远离第一频率模式v1的话。具体地说，分支光路7可以具有正常的分散性，这意味着对于小的频率，相位延迟大于大频率的相位延迟。尽管二向色检测的构思可以与所描述的简单形式的频率变换步骤一起使用，但是可以通过使用频率变换步骤的引入固定点频率vfix的更复杂的版本来进一步改进该构思，引入固定点频率vfix导致关系该关系可以被用于频率变换步骤中。考虑到固定点频率vfix的更准确的关系对应于图6中的实线，该实线示出对于具有正常的分散的分支光路7、穿过分支光路7的光的频率ν和该光在分支光路7中拾取的相位移位之间的关系。这是更准确的。

不幸的是，对于分支光路7和/或其中提供的光学元件11、13，特别是对于大多数商业纤维，分散性质对于预测固定点频率vfix并不是足够了解的。

为了在相位校正中实现改进的频率变换步骤，所述方法可以进一步包括执行参考测量，所述参考测量表征贯穿相应的分支光路7的激光的频率和所述激光的在参考点r处耦合输出的一部分与所述激光的在相应的测量点p处耦合输出的另一部分之间的相位差之间的关系。通过使用该参考测量，可以确定固定点频率vfix，并且可以在不同于第一频率模式v1的期望的频率模式下，特别是在第二频率模式v2下，就改进的准确性优化相位校正。尽管参考测量的结果使得可以计算固定点频率vfix，但是根据一些实施例，固定点频率vfix的显式计算不是必要的。

在实施例中，参考测量可以包括在两个不同的频率上测量所述激光的在参考点r处耦合输出的一部分和所述激光的在测量点p处耦合输出的另一部分之间的相位差，以提供改进的频率变换步骤，并且使得可以确定固定点频率vfix。具体地说，参考测量可以包括在光频梳8的两个截然不同的频率模式vref,a、vref,b(特别是，可以对应于第一频率模式v1和参考频率模式v1b)下，确定所述激光的在参考点r处耦合输出的一部分和所述激光的在测量点p处耦合输出的另一部分之间的相位差。在优选实施例中，频率vref,a、vref,b之间的相对差大于0.5％，更优选地大于2％，更优选地大于5％。

对于从分支光路7耦合输出的激光提供相位校正可以包括频率变换步骤，该频率变化步骤是基于参考测量，并且考虑不同于第一频率模式v1的第二频率模式v2以获得从分支光路7输出的使第二频率模式v2稳定的光。

根据实施例，参考测量可以在光频梳组件1的操作之前或开始时进行。固定点频率vfix可以根据该参考测量确定，并且被用在频率梳组件1的操作期间，在操作期间没有进一步的调整。

固定点频率vfix可以取决于时间，尤其是通过时变的环境参数(比如温度和湿度)，而且纤维上的机械应力也可以是原因。因此，根据替代实施例的参考测量在操作期间可以通过在分支光路中使用光的两个频率模式(特别是第一频率模式v1和第二频率模式v2)、以连续的方式进行。

图6说明了构成频率校正步骤的基础的物理情况。该曲线图显示了在某个选定时间t、在路径7中行进的光的相位延迟该相位延迟为该光的频率的函数。假定在频率v1，根据本发明确定相位延迟。虚线表示作为频率的函数的相位延迟的线性估计，该相位延迟对应于没有分散性的相位延迟。直线对应于考虑相位延迟的分散性的模型，该模型在这里被选为正常是分散的。这个第二线在固定点频率vfix处穿过y轴，并且以更好的方式预测第二频率v2上的相位移位。该曲线图还指示了原始频率梳频谱30的范围内部的第二频率v1b，该频率可以用于根据本发明的实施例推断模型的斜率和/或固定点频率。