一种全固态锁模激光双光梳产生装置

1.本发明涉及光频技术领域，具体而言，涉及一种全固态锁模激光双光梳产生装置。


背景技术：

2.光学频率梳是在频率域上具有一系列等间隔的频率梳齿，且在时域上周期排布的激光脉冲。光频梳由于其极高的稳定性大大提升了光学频率测量的准确度，为计量学带来了技术革命，同样也促进了在光学原子钟，精密光谱测量，天文物理等方向的发展。例如在气体吸收谱计量中，光频梳在通过气体时可以携带其吸收谱信息，这些信息就可以通过精密光谱仪来读取。然而，光频梳所采用的精密光谱仪造价昂贵，分辨率也有限，而且测量速率较慢，这并不利于气体吸收谱的精准、快速测量。
3.因此，近年来发展出另一种光谱测量技术，基于两套高相干、频率梳齿间隔略微不同的光频梳形成的双光梳光谱技术。双光梳光谱技术主要通过采用两套高相干、重频略微不同的光频梳1和光频梳2，在不需要机械扫描移动装置的情况下将光频梳的光频信息一一映射到射频域，有效提升了测量精度和速度。而关于双光梳的产生方法有多种，最常见的方法是搭建两台独立的锁模激光器，并通过电路反馈系统对两套光频梳进行相位锁定，以此来产生双光梳，但这种方法需要复杂的电路反馈系统，所产生的双光梳不稳定的同时还无法实现重频差大范围可调谐、无法进行重频差的锁定和无法实现重频差灵活可调及高度互相干，且其成本高昂、体积巨大，不适合在实验室外使用。
4.基于此，特提出一种全固态锁模激光双光梳产生装置来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种全固态锁模激光双光梳产生装置，其能够解决上述问题。
6.本发明的技术方案为：
7.本技术提供一种全固态锁模激光双光梳产生装置，包括泵浦源，其还包括透镜组、二向色镜、增益晶体、第一双折射晶体、第二双折射晶体和半导体可饱和吸收镜，上述泵浦源通过产生泵浦光穿过上述透镜组以汇聚光斑，并穿过上述二向色镜与上述增益晶体连接，上述增益晶体的前后两侧分别通过光连接上述第一双折射晶体和上述第二双折射晶体，上述第二双折射晶体与上述半导体可饱和吸收镜间接连接。
8.进一步地，上述二向色镜通过光连接有第一色散补偿反射镜，上述第二双折射晶体通过光连接有第二色散补偿反射镜，上述第一色散补偿反射镜与上述第二色散补偿反射镜组成共焦系统。
9.进一步地，上述第二色散补偿反射镜通过光连接有第三色散补偿反射镜，上述第三色散补偿反射镜与上述半导体可饱和吸收镜间接连接。
10.进一步地，上述第三色散补偿反射镜与上述半导体可饱和吸收镜之间设置有楔形双折射晶体对，上述楔形双折射晶体对分别与上述第三色散补偿反射镜和上述半导体可饱
和吸收镜连接。
11.进一步地，上述第一色散补偿反射镜的输出端设置有输出耦合镜，上述第一色散补偿反射镜的输入端与上述二向色镜连接，上述第一色散补偿反射镜的输出端与上述输出耦合镜连接。
12.相对于现有技术，本发明至少具有如下优点或有益效果：
13.(1)本发明通过在增益晶体前后各放置一个双折射晶体，可以同时将泵浦光和产生的激光分为互相垂直的两个方向的偏振光，使偏振方向相互垂直的泵浦光可以直接泵浦腔内产生的两束偏振方向相互垂直的激光，从而使得结构更为紧凑，且大大减小了操作难度；
14.(2)本发明采用近共焦腔型设计，增益晶体放置在腔内激光束腰位置上，使得在此处的泵浦光可以和腔内激光模式匹配最佳，大大提高输出激光的功率和光光转换的效率；
15.(3)本发明利用楔形双射晶体对可以实现重频差的大范围调谐和锁定，从而可以产生互相干性更高的双频梳。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
17.图1为本发明实施例的一种全固态锁模激光双光梳产生装置的结构示意图。
18.图标：1、透镜组；2、二向色镜；3、增益晶体；4、第一双折射晶体；5、第二双折射晶体；6、半导体可饱和吸收镜；7、第一色散补偿反射镜；8、第二色散补偿反射镜；9、第三色散补偿反射镜；10、楔形双折射晶体对；11、输出耦合镜。
具体实施方式
19.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
20.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
21.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
22.下面结合附图，对本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。
23.实施例
24.请参阅图1，图1所示为本技术实施例提供的一种全固态锁模激光双光梳产生装置
的结构示意图。
25.本发明一种全固态锁模激光双光梳产生装置，其包括泵浦源，还包括透镜组1、二向色镜2、增益晶体3、第一双折射晶体4、第二双折射晶体5和半导体可饱和吸收镜6，泵浦源通过产生泵浦光穿过透镜组1以汇聚光斑，汇聚光斑后的泵浦光穿过二向色镜2与增益晶体3连接，增益晶体3的前后两侧分别通过光连接第一双折射晶体4和第二双折射晶体5，第二双折射晶体5与半导体可饱和吸收镜6间接连接。
26.其中，第一双折射晶体4、增益晶体3和第二双折射晶体5形成三明治结构，增益晶体3的作用是通过光学谐振腔将泵浦光转化为在空间和时间上相干的具有高度平行性和单色性的激光，第一双折射晶体4的作用是将泵浦光和增益晶体3产生的激光分为两束偏振方向相互垂直的光，并使两偏振方向的产生一定量的横向的空间分离；第二双折射晶体5的作用是将腔内偏振方向垂直的两束光重新合成一束，消除此前的横向空间分离；通过设置半导体可饱和吸收镜6，可以使光斑适当减小，有助于实现装置的稳定锁模。
27.作为一种优选的实施方式，二向色镜2通过光连接有第一色散补偿反射镜7，第二双折射晶体5通过光连接有第二色散补偿反射镜8，第一色散补偿反射镜7与第二色散补偿反射镜8组成共焦系统。
28.其中，第一色散补偿反射镜7与第二色散补偿反射镜8组成的共焦系统主要使得增益晶体3处的位置即是腔内激光束腰位置。
29.作为一种优选的实施方式，第二色散补偿反射镜8通过光连接有第三色散补偿反射镜9，第三色散补偿反射镜9与半导体可饱和吸收镜6间接连接。
30.其中，第三色散补偿反射镜9主要起到补偿色散的作用，同时可以将激光汇聚到最后的半导体可饱和吸收镜6。
31.作为一种优选的实施方式，第三色散补偿反射镜9与半导体可饱和吸收镜6之间设置有楔形双折射晶体对10，楔形双折射晶体对10分别与第三色散补偿反射镜9和半导体可饱和吸收镜6连接。
32.其中，楔形双折射晶体对10主要是使两偏振方向的光重新产生横向空间分离，使得激光在半导体可饱和吸收镜6中产生空间分离，消除两锁模激光器的相互耦合；还可以通过楔形双折射晶体对10控制光路中的厚度，以及调节重频差。
33.需要说明的是，楔形双折射晶体对10中的两个晶体，其中一个用步进电机控制，另外一个用压电陶瓷驱动，以便大范围调节重频差，并进行锁定。
34.作为一种优选的实施方式，第一色散补偿反射镜7的输出端设置有输出耦合镜11，第一色散补偿反射镜7的输入端与二向色镜2连接，第一色散补偿反射镜7的输出端与输出耦合镜11连接。
35.由此，通过设置输出耦合镜可以起到部分反射激光返回谐振腔内进行增益放大，部分透射输出稳定激光的作用。
36.工作原理：
37.泵浦光先通过透镜组1使光斑汇聚，然后透过二向色镜2将光打入增益晶体3中产生激光，激光在由输出耦合镜11和半导体可饱和吸收镜6组成的谐振腔中来回反射，形成激光振荡；第一双折射晶体4使激光分成两束偏振相互垂直的且平行出射的激光，继而使两束激光在第一双折射晶体4中平行传播并具有一定量的横向空间分离；第二双折射晶体5使空
间上分离的两束激光重新合并成一束，并依次通过第二色散补偿反射镜8、第三色散补偿反射镜9和楔形双折射晶体对10，汇聚到最后的半导体可饱和吸收镜6；同时，在谐振腔的另一端，激光通过第一色散补偿反射镜7和输出耦合镜11输出到谐振腔外。
38.可以理解，图中所示的结构仅为示意，一种全固态锁模激光双光梳产生装置还可包括比图中所示更多或者更少的组件，或者具有与图中所示不同的配置。图中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
39.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，附图中显示了根据本技术的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。
40.综上所述，本技术实施例提供的一种全固态锁模激光双光梳产生装置，通过在增益晶体3的前后分别放置第一双折射晶体4和第二双折射晶体5，可以同时将泵浦光和产生的激光分为两个偏振方向互相垂直的两束偏振光，可以使泵浦光同时直接泵浦腔内的两束偏振激光，结构更为紧凑，且大大减小操作难度；并且因为采用近共焦腔型设计，增益晶体3放置在腔内激光束腰位置上，所以使得在此处的泵浦光可以和腔内激光模式匹配最佳，大大提高输出激光的功率和光光转换效率。
41.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
42.对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。