基于光學頻率梳的連續(xù)激光器光譜線寬測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光學頻率梳的連續(xù)激光器光譜線寬測量裝置，特點是該裝置包括光學頻率梳控制模塊、光學頻率梳種子源、光梳頻譜展寬模塊、連續(xù)激光發(fā)生源、光學合束模塊、光學選頻濾波模塊、拍頻探測模塊及信號讀取模塊。精密控制的光學頻率梳經(jīng)過頻域展寬，其輸出光與連續(xù)激光發(fā)生源的輸出光一起入射到光學合束模塊，使出射的兩束激光光斑重合，再一同入射到光學選頻濾波模塊，濾取出的兩路激光通過拍頻探測模塊，整形光斑大小，將光斑集中于探測器上，相干合成為拍頻信號，通過信號讀取模塊能夠獲得待測連續(xù)激光的輸出光譜寬度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，測量過程快速簡單，可實時獲得一個或多個波長連續(xù)激光的輸出線寬，應用性強。
【專利說明】基于光學頻率梳的連續(xù)激光器光譜線寬測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超快激光領(lǐng)域，具體是講用精確控制的鎖模激光器產(chǎn)生脈沖線寬較窄的穩(wěn)定光學頻率梳，再利用此光學頻率梳與窄線寬連續(xù)激光器的輸出光進行拍頻，以實時測量線寬在KHz至MHz量級的連續(xù)激光器輸出光譜線寬的一種快速有效的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]連續(xù)激光與脈沖激光作為激光【技術(shù)領(lǐng)域】的兩大分支，一直備受科學研究與生產(chǎn)生活各領(lǐng)域的從業(yè)人員的密切關(guān)注。一方面，基于原子躍遷譜線的超窄線寬連續(xù)激光可以為諸多超快激光技術(shù)提供頻率標準參考，同時，新興的窄線寬連續(xù)光纖激光器以其良好的噪聲抑制特性、單縱模穩(wěn)定度與結(jié)構(gòu)緊湊的特點，被廣泛應用于激光遙感、激光通信與激光雷達等【技術(shù)領(lǐng)域】；另一方面，基于鎖模脈沖序列的光學頻率梳由于具有時域與頻率的高度穩(wěn)定性，可以用作高精度的頻率“標尺”，為精密光譜測量與光梳測距等科學研究提供有力工具。光學頻率梳技術(shù)與窄線寬連續(xù)激光控制技術(shù)相融合，不僅能夠得到探測精度大幅提高的超窄線寬光學頻率梳，而且可以實現(xiàn)光學頻率傳遞，為小型光頻原子鐘技術(shù)及高精度微波原子鐘技術(shù)打下基礎(chǔ)。
[0003]光學頻率梳與連續(xù)激光相結(jié)合的技術(shù)之一是測量窄線寬連續(xù)激光的輸出光譜寬度。針對已有的連續(xù)激光線寬測量方法，傳統(tǒng)的反射光柵型的光譜分析儀與法布里-珀羅干涉儀的測量精度已不能滿足現(xiàn)行連續(xù)激光技術(shù)中，激光器的_3dBm線寬一般在KHz量級的高精度要求。而且高精度的F-B腔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，對材料的熱漲控制、外界溫度控制、氣流與機械抖動控制提出了苛刻要求。另外較為常用的延遲自外差法(DSHI)，在原理上需滿足光纖的延遲時間不小于激光器相干時間的3倍，如測量輸出線寬在千赫茲或赫茲量級的連續(xù)激光器，則所需延遲光纖長度將達到幾十甚至上百公里。這不僅為實際操作帶來不便，還會增強激光傳輸過程中的受激布里淵散射(SBS, stimulated Brillouin scattering)效應，從而造成光纖激光器輸出功率降低，光束質(zhì)量劣化等不利影響；同時，現(xiàn)有方法無法實現(xiàn)連續(xù)激光線寬短期穩(wěn)定性與長期穩(wěn)定性的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種以穩(wěn)定的飛秒光學頻率梳作為頻率計來測量窄線寬連續(xù)激光的光譜寬度的新裝置。該裝置在實現(xiàn)光學頻率梳的精密控制與頻譜展寬的基礎(chǔ)上，完成脈沖線寬在KHz量級的光學頻率梳與窄線寬激光的拍頻，通過光學濾波，在測量裝置上獲取拍頻信號，便可直接讀取待測連續(xù)光的光學頻率線寬。整個裝置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，測量過程快速簡單，可實時獲得一個或多個波長連續(xù)激光的輸出線寬，應用性強。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是:
一種基于光學頻率梳的連續(xù)激光器光譜線寬測量裝置，特點是該裝置包括光學頻率梳控制模塊、光學頻率梳種子源、光梳頻譜展寬模塊、連續(xù)激光發(fā)生源、光學合束模塊、光學選頻濾波模塊、拍頻探測模塊及信號讀取模塊，所述光學頻率梳控制模塊與光學頻率梳種子源之間電連接，光學頻率梳種子源、光梳頻譜展寬模塊、光學合束模塊、光學選頻濾波模塊及拍頻探測模塊依次光路連接，連續(xù)激光發(fā)生源與光學合束模塊光路連接，拍頻探測模塊與信號讀取模塊之間電連接，其中:
所述光學頻率梳控制模塊為可以提供激光脈沖功率放大、脈沖寬度壓縮與脈沖重復頻率f；和載波包絡相位漂移頻率fo探測與反饋控制的元件。通過電子反饋系統(tǒng)把f；與fo鎖定到標準信號上，使f；與fo之間的相位固定，保證光學頻率梳的時頻域穩(wěn)定性。
[0006]所述光學頻率梳種子源為飛秒鎖模脈沖序列的發(fā)生器，利用發(fā)生器內(nèi)的色散控制，可以實現(xiàn)重復頻率在幾十MHz的寬頻譜飛秒激光的輸出，每個脈沖在頻域的線寬在KHz量級。
[0007]所述光梳頻譜展寬模塊一般為蜂窩狀周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖，其非線性程度高，可根據(jù)其零色散點的位置為不同波段的光梳脈沖提供不同的色散量，使光梳的輸出頻譜拓展到覆蓋可見至近紅外的較寬波段。
[0008]所述連續(xù)激光發(fā)生源為從可見至紅外的寬波段范圍內(nèi)任意波長的單縱模激光器及保證單縱模激光器高效運轉(zhuǎn)的隔離器與偏振控制器件，單縱模激光器的輸出功率在IOmff?500mW量級范圍，輸出線寬在KHz至MHz量級。
[0009]所述光學合束模塊為與連續(xù)激光發(fā)生源輸出波長相吻合的空間半透半反鏡或光纖耦合器，將光梳的輸出光與待測線寬的連續(xù)激光合束，達到光場的高度重合。
[0010]所述光學選頻濾波模塊為空間反射式光柵與小孔光闌組合或者是與連續(xù)激光發(fā)生源輸出波長相應波段的光纖濾波器，將進行拍頻的兩路激光提取出來。
[0011]所述拍頻探測模塊由聚焦透鏡與雪崩光電探測器組成，將提取出的拍頻光波進行探測。
[0012]所述信號讀取模塊為快速傅里葉變換頻譜分析儀或由電學濾波與數(shù)據(jù)采集卡組成的電學快速讀取器件，合理選取測量儀器的帶寬與分辨率，可讀取拍頻信號的線寬。
[0013]本發(fā)明的工作流程:光學頻率梳種子源產(chǎn)生的鎖模激光脈沖序列由光學頻率梳控制模塊完成脈沖重復頻率與載波包絡相位的鎖定，使光梳的輸出脈沖寬度在KHz量級；再通過光梳頻譜展寬模塊實現(xiàn)寬光譜的穩(wěn)定光梳輸出，其輸出光與連續(xù)激光發(fā)生源的輸出光一起入射到光學合束模塊，通過合理選擇光纖耦合器的分束比或調(diào)整半透半反鏡的俯仰角度，使出射的兩束激光光斑重合，一同入射到光學選頻濾波模塊，將較寬的光學頻率梳輸出光譜中與待測連續(xù)激光波段相同的部分選取出來，以減少測量系統(tǒng)中的雜散光，提高探測信號的信噪比，濾取出的激光波再通過拍頻探測模塊，整形光斑大小，將光斑高度集中于探測器上，相干合成為拍頻信號，通過信號讀取模塊可以在測量儀器上獲得待測連續(xù)激光的輸出光譜寬度。
[0014]本發(fā)明的實現(xiàn)原理為:由理論計算可知，當參考激光(本發(fā)明中的光學頻率梳)的頻率與待測連續(xù)激光的頻率相近，且參考激光的線寬足夠窄時，所得的拍頻頻譜與待測激光頻譜線型完全相同，且譜線寬度即為待測激光線寬。
[0015]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
I)可測量多種工作原理的連續(xù)激光發(fā)生源的輸出光譜線寬，整個測量系統(tǒng)對連續(xù)激光的發(fā)生源沒有特殊要求，可適用于發(fā)射單頻連續(xù)激光的諸如光纖激光器、半導體激光器與塊狀固體激光器等多種類型激光器的輸出線寬測量；
2)經(jīng)過頻域拓展的光學頻率梳具有從可見到紅外的較寬光譜輸出范圍，可完成輸出波長在不同波段的多種連續(xù)激光器的線寬測量，可利用范圍廣；
3)能夠在同一時刻完成對多個波長的寬帶連續(xù)激光線寬的實時測量，實現(xiàn)用一臺光學頻率梳測控多臺連續(xù)激光器，這在光頻原子鐘技術(shù)及高精度微波原子鐘技術(shù)中具有重要應用；
3)結(jié)構(gòu)簡單，可以在較短的作用距離內(nèi)，實現(xiàn)窄線寬激光輸出線寬的測量，有效抑制了以往方法中光纖過長而引起的受激布里淵散射效應；
4)可以采用全光纖式結(jié)構(gòu)，不僅為待測激光與參考激光的高度重合與同向傳播提供了直接有效的媒介，而且便于實現(xiàn)整個測量裝置的集成化，拓寬應用領(lǐng)域。
[0016]5)可借助光梳的聞功率放大，聞功率飛秒光梳的每根梳齒能量聞，可以在較低重復頻率的情況下完成對光譜線寬的測量，避免脈沖振蕩級重復頻率在幾百MHz甚至GHz的復雜調(diào)整；
6)由于光學頻率梳能夠?qū)崿F(xiàn)每根梳齒線寬在Hz量級的更高精度的頻率鎖定，故可以拓展至輸出線寬在Hz量級的超窄線寬連續(xù)激光的線寬測量；同時，基于對寬帶連續(xù)激光的快速響應、實時檢測等特性，可實現(xiàn)光梳對連續(xù)激光的反饋控制，實現(xiàn)激光頻率的鎖定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例1光學頻率梳測量1064nm固體激光器輸出線寬示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例2光學頻率梳測量1550nm光纖激光器輸出線寬示意圖；
圖4為本發(fā)明實施例3光學頻率同時測量657nm與423nm連續(xù)激光器輸出線寬示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0019]參閱圖1，本發(fā)明包括光學頻率梳控制模塊1、光學頻率梳種子源2、光梳頻譜展寬模塊3、連續(xù)激光發(fā)生源4、光學合束模塊5、光學選頻濾波模塊6、拍頻探測模塊7及信號讀取模塊8，所述光學頻率梳控制模塊I與光學頻率梳種子源2之間電連接，光學頻率梳種子源2、光梳頻譜展寬模塊3、光學合束模塊5、光學選頻濾波模塊6及拍頻探測模塊7依次光路連接，連續(xù)激光發(fā)生源4與光學合束模塊5光路連接，拍頻探測模塊7與信號讀取模塊8之間電連接。
[0020]光學頻率梳控制模塊I的功能包括激光功率放大、激光脈沖寬度壓縮，并可以通過電子反饋元件控制安裝于激光腔內(nèi)部的伸縮器來調(diào)整激光器腔長，鎖定光梳種子源輸出脈沖的重復頻率；通過采用控制泵光功率或聲光移頻器等方法來進行誤差補償，鎖定光梳種子源輸出脈沖的載波包絡相位漂移頻率。
[0021]光學頻率梳種子源2為飛秒鎖模脈沖序列的發(fā)生器，能夠產(chǎn)生超短脈沖序列的多種激光振蕩器均可用作光梳種子源，如非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模光纖振蕩器、基于半導體可飽和吸收鏡(SESAM)激光振蕩器，Σ腔型光纖振蕩器等。[0022]光梳頻譜展寬模塊3為蜂窩狀周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖，根據(jù)待測激光的波長與光梳種子源的中心波長選擇合理光子晶體光纖的零色散點，保證經(jīng)頻域展寬后的光梳輸出光具有與待測激光頻率重合的部分。
[0023]連續(xù)激光發(fā)生源4為輸出波長從可見至紅外的單縱模激光器與保證其正常運轉(zhuǎn)的隔離器與偏振控制器件，單縱模激光器可以為塊狀固體激光器、光纖激光器、半導體激光器等多種工作原理的激光器。
[0024]光學合束模塊5是與連續(xù)激光波段相吻合的空間半透半反鏡或者光纖耦合器，控制空間光路的俯仰角度與光纖耦合器的光纖長度，使兩路激光達到光場的重合。
[0025]光學選頻濾波模塊6采用空間反射式光柵與小孔光闌組合或者是與連續(xù)激光發(fā)生源輸出波長相應波段的光纖濾波器，將激光的光譜寬度展開，進行噪聲抑制并選擇出待測的兩路激光。
[0026]拍頻探測模塊7采用聚焦透鏡與雪崩光電探測器組成，將提取出的拍頻光波進行探測。其中透鏡可以選擇單片透鏡或透鏡組，對空間光斑大小、光束質(zhì)量進行靈活控制，使聚焦后的光斑便于進行探測，探測器件為高速雪崩光電探測器。
[0027]信號讀取模塊8為快速傅里葉變換分析儀或經(jīng)電學濾波的電學快速響應器件，讀取儀器的頻域測量范圍需大于光梳的重復頻率。
[0028]精密控制的光學頻率梳輸出脈沖序列經(jīng)頻譜拓展后與連續(xù)激光經(jīng)過合束，保證兩路光場的高度疊加，同向傳播，兩者共同傳播至光學濾波器件，濾去干擾光，選取出光頻相同的部分，進行聚焦探測；由于光學頻率梳光場中與連續(xù)激光頻率相同的成分會與連續(xù)光波自發(fā)相干成拍，故光電探測器可以探測到兩者在頻率譜上的拍頻信號?；诠鈱W頻率梳每個脈沖的線寬小于連續(xù)激光器的輸出線寬，故光梳與待測連續(xù)激光的拍頻信號寬度即可以反應為連續(xù)激光的光譜寬度。通過本發(fā)明，光梳與連續(xù)激光的相干拍頻可以將位于幾百GHz量級的光頻率轉(zhuǎn)化為可方便探測的射頻頻率，選取合適頻段的頻譜分析儀，便可以直接讀取連續(xù)激光的輸出光譜寬度。
[0029]實施例1
參閱圖2，為采用1064nm固體激光器作為待測激光器，實現(xiàn)用光學頻率梳測量其輸出光譜寬度的示意圖，圖中:1_光學頻率梳控制模塊；2-光學頻率梳種子源；3_光梳頻譜展寬模塊即光子晶體光纖；4_連續(xù)激光發(fā)生源(由1064nm連續(xù)激光器模塊15、1064nm偏振隔離器16、1064nm空間半波片17構(gòu)成);5_光學合束模塊(由金鏡18、近紅外波段半透半反鏡19構(gòu)成)；6_光學選頻濾波模塊(由I μ m波段反射式光柵9、小孔光闌10構(gòu)成)；7_拍頻探測模塊(由匯聚透鏡ll、1064nm高反鏡12、雪崩光電探測器13構(gòu)成)；8_信號讀取模塊(由快速傅里葉變換分析儀14構(gòu)成)。
[0030]實施細節(jié):
(I)光學頻率梳種子源2在重復頻率與載波包絡相位精密控制的條件下，輸出時域與頻域高度穩(wěn)定的鎖模脈沖序列，每個脈沖在頻率上的寬度在KHz量級。
[0031](2)根據(jù)測量要求，選用零色散點在890nm附件的光子晶體光纖3對光梳脈沖進行頻域展寬，調(diào)整輸入光子晶體光纖3前脈沖序列的功率、偏振態(tài)與脈沖寬度，使光子晶體光纖3達到最佳的頻域展寬效果，并在1064nm波段具有較強的輸出光。
[0032](3)為防止輸出連續(xù)激光中的回返光影響激光腔的正常運轉(zhuǎn)，在連續(xù)激光器的輸出端使用1064nm波段的偏振隔離器16，隔離器的透過率在80%以上。
[0033](4)使用1064nm波段空間半波片17調(diào)整輸出的連續(xù)激光的偏振態(tài)，以獲得最佳信噪比的拍頻信號。
[0034](5)通過金鏡18與半透半反鏡19調(diào)整光學頻率梳輸出激光與連續(xù)激光的空間光路分布，使通過半透半反鏡19輸出的兩路激光在空間上完全重合。
[0035](6)重合后的兩路激光一同入射到反射式光柵9上，一般要求光柵刻線數(shù)在6001ines/mm以上。調(diào)整光柵的角度，使光柵的某一衍射級次效率最高，最大程度上實現(xiàn)光譜成分的分離；光柵后配合使用小孔光闌10，將由光柵分散開的各個光譜成分中的待測激光選取出來，雜散光濾除掉，調(diào)整小孔光闌10的通過孔徑，使特定波段的兩束激光剛好完全通過。
[0036](7)選擇焦距與雪崩光電探測器13匹配的匯聚透鏡11，將光斑整形，提高光束質(zhì)量，使其便于光電探測器13進行信號探測。探測器的輸出信號輸送至傅里葉變換分析儀14，直接讀取光梳與連續(xù)激光器的拍頻信號，反應為待測連續(xù)激光的輸出光譜寬度。
[0037](8)通過光梳脈沖的色散特性、連續(xù)激光的偏振態(tài)，各個鏡片、光柵、小孔光闌與透鏡的位置與俯仰角度，優(yōu)化傅里葉變換分析儀上顯示的拍頻信號強度，得到精確的待測連續(xù)激光的線寬值。
[0038]實施例2
參閱圖3，為采用1550nm光纖激光器作為待測激光器，實現(xiàn)用光學頻率梳測量其輸出光譜寬度的示意圖，圖中:1_光學頻率梳控制模塊；2-光學頻率梳種子源；3_光梳頻譜展寬模塊即光子晶體光纖；4_連續(xù)激光發(fā)生源(由1550nm連續(xù)激光器模塊13、1550nm光纖隔離器14及光纖偏振控制器15構(gòu)成)；5_光學合束模塊(由光纖準直器16、1550nm波段光纖率禹合器17構(gòu)成);6_光學選頻濾波模塊(由1550nm波段光纖窄帶濾波器9構(gòu)成);7_拍頻探測模塊(由光纖準直器10、雪崩光電探測器11構(gòu)成)；8_信號讀取模塊(由電學濾波器和數(shù)據(jù)采集卡12構(gòu)成)。
[0039]實施細節(jié):
(I)光學頻率梳種子源2在重復頻率與載波包絡相位精密控制的條件下，輸出時域與頻域高度穩(wěn)定的鎖模脈沖序列，每個脈沖在頻率上的寬度在KHz量級。
[0040](2)根據(jù)測量要求，選用零色散點在1550nm附件的光子晶體光纖3對光梳脈沖進行頻域展寬，控制輸入光子晶體光纖3前脈沖序列的功率、偏振態(tài)與脈沖寬度，使光子晶體光纖3達到最佳的頻域展寬效果，并在1550nm波段具有較強的輸出光。
[0041](3)為防止輸出連續(xù)激光中的回返光影響激光腔的正常運轉(zhuǎn)，在連續(xù)激光器的輸出端使用1550nm波段的光纖偏振無關(guān)隔離器14，隔離器14的透過率在80%以上。
[0042](4)使用光纖偏振控制器15調(diào)整輸出的連續(xù)激光的偏振態(tài)，調(diào)整時注意力度不宜過大，防止光纖發(fā)生損壞。
[0043](5)為配合本實施例中光纖激光器13的使用，一般通過與連續(xù)激光波長相吻合的光纖準直器16將光梳的空間輸出光轉(zhuǎn)化為光纖光，并用相應波段的光纖耦合器17將兩路光耦合到一起，根據(jù)兩路激光的強度選擇光纖耦合器的分束比，使耦合后在光纖中傳播的兩路激光強度大致相同。
[0044](6)經(jīng)耦合后的兩路激光一同輸入光纖窄帶濾波器9，根據(jù)測量精度選擇濾波器的通頻帶寬，一般要求帶寬越窄越好。也可以選用光纖型可調(diào)節(jié)帶通濾波器，根據(jù)探測到的拍頻信號的強弱，微調(diào)濾波器的通頻波段，使拍頻信號的強度增強。
[0045](7)為達到較高的探測效率，可以將經(jīng)過光學濾波模塊選取出的待測激光通過光纖準直器10轉(zhuǎn)化為空間光，本實施例中光纖準直器10的波段選擇1550nm。
[0046](8)本實施例中的雪崩光電探測器11內(nèi)部自帶與探測器相匹配的匯聚透鏡，將光斑整形，提高光束質(zhì)量，使其便于雪崩光電探測器11進行信號探測。探測器的輸出信號輸送至經(jīng)電學濾波與數(shù)據(jù)采集卡組成的數(shù)據(jù)快速讀取模塊，測量光梳與連續(xù)激光器的拍頻信號。
[0047](9)為抑制光梳脈沖寬度的展寬，減少連續(xù)激光的受激布里淵散射，需控制測量裝置中光纖鏈路的長度不宜過長，并將光纖緊密排布，光纖的彎曲半徑不宜過小。
[0048](10)控制光梳脈沖的色散特性、連續(xù)激光的偏振態(tài)，穩(wěn)固各個光纖器件，優(yōu)化電學濾波與數(shù)據(jù)采集卡組成的數(shù)據(jù)快速讀取模塊上顯示的拍頻信號強度，獲得具有最佳信噪比的拍頻信號。調(diào)整測量范圍與分辨率帶寬，即可直接讀取拍頻信號的線寬，反應為待測連續(xù)激光的輸出光譜寬度。
[0049]實施例3
參閱圖4，為用光學頻率梳同時測量657nm與423nm兩臺連續(xù)激光器輸出線寬的示意圖。在基于鈣原子的激光頻率標準模塊中，需首先用一束423nm的激光激發(fā)鈣離子，使其實現(xiàn)能級在657nm的激光躍遷，故實時測控423nm與657nm激光的線寬十分重要。圖中:1_光學頻率梳控制模塊；2_光學頻率梳種子源；3_光梳頻譜展寬模塊即光子晶體光纖；4-連續(xù)激光發(fā)生源(由423nm連續(xù)激光器模塊20、可見光波段偏振隔離器22、可見光波段半空間波片24及透鏡組10構(gòu)成);4’_連續(xù)激光發(fā)生源(由657nm連續(xù)激光器模塊21、可見光波段偏振隔離器23、可見光波段空間半波片9及透鏡組11構(gòu)成);5_光學合束模塊(由可見光波段半透半反鏡12、13構(gòu)成);5’_光學合束模塊(由可見光波段半透半反鏡12、13構(gòu)成);6 -光學選頻濾波模塊(由可見光波段反射式光柵14、小孔光闌15構(gòu)成)；7-拍頻探測模塊(由匯聚透鏡16、可見光波段高反鏡17、雪崩光電探測器18構(gòu)成);8_信號讀取模塊(由快速傅里葉變換分析儀19構(gòu)成)。
[0050]實施細節(jié):
(I)光學頻率梳種子源2在重復頻率與載波包絡相位精密控制的條件下，輸出時域與頻域高度穩(wěn)定的鎖模脈沖序列，每個脈沖在頻率上的寬度在KHz量級。
[0051](2)根據(jù)測量要求，選用零色散點在750nm附件的光子晶體光纖3對光梳脈沖進行頻域展寬，控制輸入光子晶體光纖3前脈沖序列的功率、偏振態(tài)與脈沖寬度，使光子晶體光纖3達到最佳的頻域展寬效果，并在657nm波段與423nm波段具有較強的輸出光。
[0052](3)為防止輸出連續(xù)激光中的回返光影響激光腔的正常運轉(zhuǎn)，在每個連續(xù)激光輸出模塊20、21輸出端使用可見光波段空間隔離器22、23，隔離器的透過率在70%以上。
[0053](4)使用423nm波段的空間半波片24和657nm波段的空間半波片9調(diào)整兩臺激光輸出模塊輸出的連續(xù)激光的偏振態(tài)，以獲得最佳信噪比的拍頻信號。
[0054](5)為適應不同應用場合下光斑尺寸的要求，獲得更優(yōu)異的光束質(zhì)量，將連續(xù)激光輸出模塊的輸出光輸入到透鏡組10、11,實現(xiàn)所有光斑大小的統(tǒng)一；
(6)通過可見光波段的半透半反鏡12和13，調(diào)整兩路連續(xù)激光與光學頻率梳輸出激光的空間光路分布，使三路激光合束，通過鏡片13輸出的三路激光在空間上完全重合。
[0055](7)重合后的三路激光一同入射到反射式光柵14上，調(diào)整光柵的角度，使光柵的某一衍射級次效率最高，最大程度上實現(xiàn)光譜成分的分離；光柵后配合使用小孔光闌15，將由光柵分散開的各個光譜成分中的待測激光選取出來，雜散光濾除掉，合理調(diào)整小孔光闌15的通過孔徑,使待測的423nm與657nm波段的激光均完全通過。
[0056](8)選擇焦距與雪崩光電探測器18匹配的匯聚透鏡16，將光斑整形，提高光束質(zhì)量，使其便于雪崩光電探測器18進行信號探測。探測器的輸出信號輸送快速傅里葉變換分析儀19，調(diào)整光梳脈沖的色散特性、連續(xù)激光的偏振態(tài)，各個鏡片、光柵、小孔光闌與透鏡的位置與俯仰角度，優(yōu)化快速傅里葉變換分析儀上顯示的拍頻信號強度，獲得具有最佳信噪比的拍頻信號。
[0057](9)調(diào)整傅里葉變化分析儀19的測量范圍與分辨率帶寬，可以在光梳每兩個重復頻率信號之間觀測到兩組拍頻信號，分別為423nm激光與657nm激光與光梳拍頻而成。直接讀取拍頻信號的線寬，即為待測連續(xù)激光的輸出光譜寬度，從而實現(xiàn)用一臺光梳同時測量多個波長連續(xù)激光的線寬，整個測量過程快速有效。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光學頻率梳的連續(xù)激光器光譜線寬測量裝置，其特征在于該裝置包括光學頻率梳控制模塊、光學頻率梳種子源、光梳頻譜展寬模塊、連續(xù)激光發(fā)生源、光學合束模塊、光學選頻濾波模塊、拍頻探測模塊及信號讀取模塊，所述光學頻率梳控制模塊與光學頻率梳種子源之間電連接，光學頻率梳種子源、光梳頻譜展寬模塊、光學合束模塊、光學選頻濾波模塊及拍頻探測模塊依次光路連接，連續(xù)激光發(fā)生源與光學合束模塊光路連接，拍頻探測模塊與信號讀取模塊之間電連接，其中: 所述光學頻率梳控制模塊為能夠提供激光脈沖功率放大、脈沖寬度壓縮與脈沖重復頻率f；和載波包絡相位漂移頻率fo探測與反饋控制的元件，實現(xiàn)光學頻率梳各個脈沖序列之間的相位鎖定，使光學頻率梳在時間域與頻率域具有高度穩(wěn)定性； 所述光學頻率梳種子源為飛秒鎖模脈沖序列發(fā)生器，利用發(fā)生器內(nèi)的色散控制，能夠?qū)崿F(xiàn)重復頻率在幾十MHz的寬頻譜飛秒激光的輸出，每個脈沖在頻域的線寬在KHz量級；所述光梳頻譜展寬模塊將光學頻率梳的輸出頻率譜拓展到覆蓋可見光至近紅外光的范圍，由蜂窩狀周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖實現(xiàn)； 所述連續(xù)激光發(fā)生源為從可見至紅外的寬波段范圍內(nèi)任意波長的單縱模激光器及保證單縱模激光器高效運轉(zhuǎn)的隔離器與偏振控制器件，單縱模激光器的輸出功率在IOmW?500mW量級范圍，輸出線寬在KHz至MHz量級； 所述光學合束模塊為與連續(xù)激光波段相吻合的空間半透半反鏡或光纖耦合器，將光梳的輸出光與待測線寬的連續(xù)激光合束，達到光場的重合； 所述光學選頻濾波模塊為空間反射式光柵與小孔光闌組合或者是與連續(xù)激光波段相吻合的光纖濾波器，將進行拍頻的兩路激光提取出來； 所述拍頻探測模塊由聚焦透鏡與雪崩光電探測器組成，將提取出的拍頻光波進行探測； 所述信號讀取模塊為快速傅里葉變換頻譜分析儀或由電學濾波與數(shù)據(jù)采集卡組成的電學快速讀取器件，能夠讀取拍頻信號的線寬。
【文檔編號】G01J3/28GK103712689SQ201410000510
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】白東碧, 曾和平 申請人:上海朗研光電科技有限公司