高精度光纖光學(xué)頻率梳的測控方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度光纖光學(xué)頻率梳的測控方法及裝置，用于監(jiān)測和控制光纖光梳的每個(gè)環(huán)節(jié)工作狀態(tài)，提高光纖光梳的長期穩(wěn)定性、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性和產(chǎn)品的可復(fù)制性。其裝置通過對光纖激光振蕩器及各級光纖放大器輸出脈沖載波-包絡(luò)相位的監(jiān)測，觀察和控制功率放大過程激光相位噪聲的傳遞和漲落，將主放大器的載波-包絡(luò)相位輸出信號，負(fù)反饋到激光振蕩器中的載波-包絡(luò)相位控制單元，即電控偏振控制器調(diào)制脈沖偏振演化進(jìn)程或者調(diào)制激光振蕩器的泵浦光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對載波-包絡(luò)相位的穩(wěn)定控制。本發(fā)明能即時(shí)監(jiān)控振蕩器和各級放大器的工作狀態(tài)，監(jiān)測指標(biāo)實(shí)時(shí)、全面，并提供了穩(wěn)定可靠的反饋機(jī)制。
【專利說明】高精度光纖光學(xué)頻率梳的測控方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種高精度光纖光學(xué)頻率梳的測量和控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，激光器特別是工業(yè)應(yīng)用的固體激光器，工作的穩(wěn)定性和可靠性已經(jīng)較高，產(chǎn)品的一致性和可復(fù)制性較好。國內(nèi)外已有較多的公司可以生產(chǎn)出規(guī)格一致的激光光源產(chǎn)品。近些年，光纖激光器以其柔性波導(dǎo)的傳輸特質(zhì)，靈巧的外形封裝，高效低耗的制造成本，日益受到人們的青睞，獲得客戶的認(rèn)可。光纖激光器的輸出指標(biāo)不斷趕超固體激光器，IPG公司生產(chǎn)的連續(xù)波20kW光纖激光器的已經(jīng)應(yīng)用于光電弧復(fù)合焊接技術(shù)，高峰值功率的脈沖光纖激光器在激光雷達(dá)、精細(xì)制造等軍事及工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已逐步成型，超短脈沖光纖激光技術(shù)的發(fā)展也正在由技術(shù)探索研究向特殊前沿應(yīng)用穩(wěn)步開展。
[0003]特別是新進(jìn)發(fā)展的光學(xué)頻率梳技術(shù)，簡稱“光梳”，在2005年問鼎諾貝爾獎(jiǎng)后，大大拓展了其研究范疇，開辟了若干個(gè)交叉學(xué)科領(lǐng)域。利用光梳光源可以精確的測量和標(biāo)定光學(xué)頻率，進(jìn)一步可用于精確定義時(shí)間和長度等物理量的基本單位，應(yīng)用到如GPS定位，活體細(xì)胞成像，PM2.5遙測等關(guān)系前沿研究和軍民應(yīng)用等廣泛領(lǐng)域。因此，光梳光源的產(chǎn)品開發(fā)也成為知識大國搶占科技制高點(diǎn)的重點(diǎn)研究項(xiàng)目。
[0004]高穩(wěn)定度、高可靠性的光梳光源產(chǎn)品需要有一系列關(guān)于光梳產(chǎn)生和測控方法作為技術(shù)支撐。包括超短脈沖產(chǎn)生技術(shù)，低噪聲脈沖放大技術(shù)、高階色散補(bǔ)償技術(shù)、超連續(xù)譜產(chǎn)生技術(shù)、載波包絡(luò)位相(Carrier Envelop Phase,簡稱CEP)靈敏探測技術(shù)和電子學(xué)濾波技術(shù)等等。各個(gè)環(huán)節(jié)技術(shù)指標(biāo)的穩(wěn)定性和可靠性都需要有整套的監(jiān)測、標(biāo)定和控制的測控方法進(jìn)行衡量。但目前，關(guān)于產(chǎn)品化的光纖光梳光源的測控方法及裝置幾近空白，更沒有關(guān)于光梳光源產(chǎn)品制造和測量標(biāo)準(zhǔn)見于報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種高精度光纖光學(xué)頻率梳的測控方法，用于監(jiān)測和控制光纖光梳的每個(gè)環(huán)節(jié)工作狀態(tài)，提高光纖光梳的長期穩(wěn)定性、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性和產(chǎn)品的可復(fù)制性。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供一種高精度光纖光學(xué)頻率梳的測控裝置，該裝置即時(shí)監(jiān)控振蕩器和各級放大器的工作狀態(tài)，監(jiān)測指標(biāo)實(shí)時(shí)、全面，并能提供穩(wěn)定可靠的反饋機(jī)制。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種高精度光纖光學(xué)頻率梳的測控方法，該方法包括以下具體步驟:
a)脈沖產(chǎn)生
米用激光振蕩器產(chǎn)生光纖光梳的種子脈沖，記為信號光W1 ;其激光振蕩器為鎖模脈沖光纖激光器；
b)激光平均功率放大
激光振蕩器輸出的激光至少經(jīng)過三個(gè)光纖放大器進(jìn)行功率放大，平均功率從毫瓦量級提升至超過IW;
c)激光放大器輸出穩(wěn)定功率
每級功率放大器后端通過分束器和光電探測器對輸出功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，將所得監(jiān)測信號用于對放大器泵浦源驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行反饋控制；
d)激光器重復(fù)頻率的控制
采用負(fù)反饋控制激光振蕩器的重復(fù)頻率；探測到的激光振蕩器的重復(fù)頻率經(jīng)由與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源差分比較，獲取重復(fù)頻率的動(dòng)態(tài)變化值，負(fù)反饋到激光器內(nèi)部的壓電陶瓷上；通過壓電陶瓷的伸縮或者膨脹，控制固定于壓電陶瓷上的表征激光器腔長的光學(xué)器件，并調(diào)控激光振蕩器的有效腔長；
e)載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制
對各級光纖放大器輸出脈沖載波-包絡(luò)相位的監(jiān)測，觀察和控制功率放大過程激光相位噪聲的傳遞和漲落，通過將主放大器的載波-包絡(luò)相位輸出信號，負(fù)反饋到激光振蕩器中的載波-包絡(luò)相位控制單元，如電控偏振控制器調(diào)制脈沖偏振演化進(jìn)程或者調(diào)制激光振蕩器的泵浦光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對載波-包絡(luò)相位的穩(wěn)定控制。
[0008]一種高精度光纖光學(xué)頻率梳的測控裝置，特點(diǎn)是該裝置包括激光振蕩器、重復(fù)頻率校對裝置、功率監(jiān)測與控制裝置、一級預(yù)放大器、載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制、二級預(yù)放大器以及主放大器，其中:
所述的激光振蕩器的輸入端通過第一波分復(fù)用器連接有第一泵浦源，用于為激光振蕩器提供能量；第一波分復(fù)用器的另外兩端連接有激光振蕩器環(huán)形腔；激光振蕩器環(huán)形腔的輸出端通過1X2分束器的一輸出端連接有1X3第一分束器的輸入端；
所述的激光振蕩器的輸出端通過1X3第一分束器的一個(gè)輸出端連接重復(fù)頻率校對裝置的電路模塊的輸入端；重復(fù)頻率校對裝置電路模塊的另一輸入端通過電路連接有標(biāo)準(zhǔn)頻率源；重復(fù)頻率校對裝置電路模塊的輸出端連接有用于調(diào)制激光振蕩器內(nèi)部的壓電陶瓷，壓電陶瓷連接纏繞有激光振蕩器環(huán)形腔的光纖；
所述的激光振蕩器的輸出端通過1X3第一分束器的一個(gè)輸出端連接有功率監(jiān)測與控制裝置的一個(gè)輸入端；功率監(jiān)測與控制裝置的一個(gè)輸出端連接有第一泵浦源，用于調(diào)節(jié)控制激光振蕩器的泵浦光的功率大?。?br> 所述的激光振蕩器的輸出端通過1X3第一分束器的一個(gè)輸出端連接有一級預(yù)放大器的第二波分復(fù)用器的一個(gè)輸入端；第二波分復(fù)用器的另一輸入端連接有用于提供泵浦能量的第二泵浦源；所述第二波分復(fù)用器的復(fù)合輸出端連接有第一增益光纖；第一增益光纖的輸出端通過1X3第二分束器與載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置、二級預(yù)放大器和功率監(jiān)測與控制裝置相連接；
所述的一級預(yù)放大器通過IX 3第二分束器的一個(gè)輸出端與載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置的第一光子晶體光纖連接；第一光子晶體光纖與自參考f_2f零頻測量系統(tǒng)連接，用于監(jiān)測一級預(yù)放大器輸出脈沖狀態(tài)；
所述的一級預(yù)放大器通過1X3第二分束器的一個(gè)輸出端與功率監(jiān)測與控制裝置的一個(gè)輸入端連接，所述功率監(jiān)測與控制裝置的一個(gè)輸出端連接第二泵浦源，用于調(diào)節(jié)控制一級預(yù)放大器的泵浦光的功率大??；
所述的一級預(yù)放大器通過IX 3第二分束器的一輸出端與二級預(yù)放大器的第三波分復(fù)用器的一個(gè)輸入端連接，第三波分復(fù)用器的另一輸入端連接有用于提供泵浦能量的第三泵浦源，所述第三波分復(fù)用器的復(fù)合輸出端連接有第二增益光纖，第二增益光纖的輸出端通過1X3第三分束器與載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置、主放大器和功率監(jiān)測與控制裝置相連接；
所述的二級預(yù)放大器通過IX 3第三分束器的一個(gè)輸出端與載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置的第二光子晶體光纖連接，第二光子晶體光纖與自參f_2f零頻測量系統(tǒng)連接，用于監(jiān)測二級預(yù)放大器輸出脈沖狀態(tài)；
所述的二級預(yù)放大器通過1X3第三分束器的一個(gè)輸出端與功率監(jiān)測與控制裝置的一個(gè)輸入端連接，所述功率監(jiān)測與控制裝置的一個(gè)輸出端連接第三泵浦源，用于調(diào)節(jié)控制二級預(yù)放大器的泵浦光的功率大小；
所述的二級預(yù)放大器通過IX 3第三分束器的一個(gè)輸出端與主放大器的合束器的一個(gè)輸入端連接，合束器的另外兩個(gè)輸入端連接有用于提供泵浦能量的第四泵浦源和第五泵浦源；所述合束器的復(fù)合輸出端連接有第三增益光纖；第三增益光纖的輸出端通過1X3第四分束器與載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置及功率監(jiān)測與控制裝置相連接；
所述的主放大器通過IX 3第四分束器的一個(gè)輸出端與載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置的第三光子晶體光纖連接，第三光子晶體光纖與自參考f_2f零頻測量系統(tǒng)連接，用于監(jiān)測二級預(yù)放大器輸出脈沖f.狀態(tài)；所述的自參考f_2f零頻測量系統(tǒng)的輸出端連接有安裝于激光振蕩器中的電控偏振控制器；電控偏振控制器用于控制激光振蕩器的腔內(nèi)脈沖的偏振演化進(jìn)程，調(diào)整其f_=0控制精度；
所述的主放大器通過IX 3第四分束器的一個(gè)輸出端與功率監(jiān)測與控制裝置的一個(gè)輸入端相連接，所述功率監(jiān)測與控制裝置的一個(gè)輸出端連接第四泵浦源和第五泵浦源，用于調(diào)節(jié)控制主放大器的泵浦光的功率大??；
所述的1X3第四分束器的另外一個(gè)輸出端作為主放大器的輸出端，用于輸出信號即高精度的光纖光梳激光；其中:
所述自參考f_2f零頻測量系統(tǒng)和重復(fù)頻率校對裝置為光信號轉(zhuǎn)換為電信號的電路監(jiān)測控制系統(tǒng)。
[0009]所述激光振蕩器的鎖模為石墨烯鎖模、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡鎖模或非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模。
[0010]所述激光振蕩器內(nèi)置有電控偏振控制器EPC及壓電陶瓷控制器PZT。
[0011]本發(fā)明的激光振蕩器用于產(chǎn)生單脈沖能量較低的飛秒脈沖，直接輸出脈沖寬度Ι-lOps，重復(fù)頻率f；為幾兆赫茲至幾吉赫茲中的某一固定值，常見的重復(fù)頻率值為60、100或者250MHz。輸出脈沖經(jīng)腔外去啁啾后脈沖寬度可壓縮至lOOfs。
[0012]對重復(fù)頻率f；的監(jiān)測用于反饋控制激光振蕩器的重復(fù)頻率。經(jīng)由與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源差分比較，獲取重復(fù)頻率的動(dòng)態(tài)變化值，負(fù)反饋到激光器內(nèi)部的壓電陶瓷上。通過壓電陶瓷的伸縮或者膨脹，控制固定于壓電陶瓷上的表征激光器腔長的光學(xué)器件，并調(diào)控激光振蕩器的有效腔長，穩(wěn)定重復(fù)頻率的種子光。通過壓電陶瓷的控制，可使重復(fù)頻率漂移從千赫茲量級降低到毫赫茲量級。
[0013]對激光振蕩器及各級放大器的功率監(jiān)測用于實(shí)現(xiàn)功率的反饋控制和穩(wěn)定輸出。主要獲取激光振蕩器、預(yù)放大器1、預(yù)放大器2、主放大各級輸出功率，通過將各部分的輸出功率值與初始預(yù)設(shè)值進(jìn)行對比獲取功率的動(dòng)態(tài)變化量，負(fù)反饋至各級泵浦源的驅(qū)動(dòng)電流和溫度控制單元，實(shí)現(xiàn)各級功率的穩(wěn)定輸出。
[0014]對各級光纖放大器輸出脈沖載波-包絡(luò)相位的監(jiān)測有利于觀察和控制功率放大過程激光相位噪聲的傳遞和漲落，通過將主放大器的輸出信號的的動(dòng)態(tài)變化量，負(fù)反饋到激光振蕩器中的CEP控制單元，如電控偏振控制器調(diào)制脈沖偏振演化進(jìn)程或者調(diào)制激光振蕩器的泵浦光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對CEP的穩(wěn)定控制。
[0015]本發(fā)明通過對激光振蕩器和各級放大器各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)測及綜合控制，可以有效快速地提高光纖光梳的控制精度，實(shí)現(xiàn)載高功率的激光輸出。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
1、采用重復(fù)頻率校對裝置，使激光器輸出的光纖光梳種子光具有穩(wěn)定的重復(fù)頻率。
[0017]2、采用載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置，實(shí)時(shí)獲取一級預(yù)放大、二級預(yù)放大、主放大器輸出信號的載波-包絡(luò)相位情況。將主放大器的載波包絡(luò)相位信號反饋至安裝于激光振蕩器電控偏振控制器，調(diào)制激光振蕩器偏振狀態(tài)，獲得CEP穩(wěn)定的光梳激光。
[0018]3、采用功率監(jiān)測與控制裝置，通過監(jiān)測激光振蕩器、一級預(yù)放大、二級預(yù)放大、主放大器的功率輸出情況，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測激光器功率波動(dòng)，并及時(shí)通過電路反饋調(diào)整泵浦光功率，實(shí)現(xiàn)激光功率的穩(wěn)定輸出。
[0019]4、采用光纖光路與電路監(jiān)測反饋裝置，系統(tǒng)安全性高，輸出信號穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明激光振蕩器光路結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明重復(fù)頻率校對裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明一級預(yù)放大器光路結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明二級預(yù)放大器光路結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明主放大器光路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖通過實(shí)施方式對本發(fā)明及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解:
參閱圖1，本發(fā)明裝置由激光振蕩器100、一級預(yù)放大器400、二級預(yù)放大器600、主放大器700、重復(fù)頻率校對裝置200、功率監(jiān)測與控制裝置300以及載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置500組成，其中:
激光振蕩器100用于產(chǎn)生低能量皮秒器種子脈沖。本實(shí)施方案以重復(fù)頻率100MHz，中心波長為1034nm，光學(xué)頻率為290 THz的光源為例。激光振蕩器100輸出的平均功率為幾到幾十毫瓦。
[0022]所述的激光振蕩器100的一個(gè)輸出端連接有重復(fù)頻率校對裝置200的電路模塊201的輸入端。
[0023]參閱圖2及圖3，所述的激光振蕩器100的泵浦源102通過第一波分復(fù)用器1012的泵浦入射端經(jīng)過電控偏振控制EPC105與I X 2分束器1014的輸入端相連接。I X 2分束器1014的一個(gè)輸出端經(jīng)過壓電陶瓷PZT 104與第一波分復(fù)用器1012的輸入端相連接。所述的電控偏振控制EPC105通過壓力作用于激光振蕩環(huán)形腔101的光纖上。1X2分束器1014的另一輸出端通過重復(fù)頻率校對的電路模塊201與壓電陶瓷PZT104相連接，壓電陶瓷PZT104通過電壓控制改變物理長度用于控制激光振蕩器100的有效腔長，進(jìn)而調(diào)整激光脈沖的重復(fù)頻率。
[0024]所述的激光振蕩器100的一個(gè)輸出端通過功率監(jiān)測與控制裝置300的輸入端連接有第一泵浦源102。激光振蕩器100的一個(gè)輸出端通過第二波分復(fù)用器4011的輸入端連接有一級預(yù)放大器400。
[0025]參閱圖1及圖5，圖5為本發(fā)明一級預(yù)放大器光路結(jié)構(gòu)，第一分束器103的輸出端連接第二波分復(fù)用器4011。第二波分復(fù)用器4011的另一輸入端連接用于提供泵浦能量的第二泵浦源402 ;第二泵浦源402為單模光纖耦合的半導(dǎo)體激光器，泵浦源波長為976nm，泵浦功率為400mW。
[0026]所述第二波分復(fù)用器4011的復(fù)合輸出端連接第一增益光纖4012 ;第一增益光纖4012為摻鐿單模光纖，可將種子脈沖的能量進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)功率預(yù)放大，平均功率從數(shù)個(gè)毫瓦提升至百毫瓦量級，中心波長保持不變，仍為1034nm。
[0027]所述的第一增益光纖4012的輸出端通過1X3第二分束器403的輸出端連接有功率監(jiān)測與控制裝置300、載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置500和二級預(yù)放大器600連接。
[0028]所述的一級預(yù)放大器400的一個(gè)輸出端通過功率監(jiān)測與控制裝置300的輸入端連接第二泵浦源402。
[0029]參閱圖4，為載波包絡(luò)相位監(jiān)測和控制原理結(jié)構(gòu)圖。所述的I X 3第二分束器403的輸出端通過第一光子晶體光纖5011連接載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置500的自參考f_2f零頻測量系統(tǒng)502。
[0030]參閱圖1及圖6，本發(fā)明的第二分束器403的輸出端連接有第三波分復(fù)用器6011的一個(gè)輸入端。第三波分復(fù)用器6011的另一輸入端連接有用于提供泵浦能量的第三泵浦源602。第三泵浦源602為單模光纖耦合的半導(dǎo)體激光器，泵浦源波長為976nm，泵浦功率為 400mW。
[0031]所述波分復(fù)用器6011的復(fù)合輸出端連接有第二增益光纖6012。第二增益光纖6012為摻鐿單模光纖，可將種子脈沖的能量進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)功率的第二次預(yù)放大。
[0032]所述第二增益光纖6012通過第三分束器603的輸出端連接有功率監(jiān)測與控制裝置300、載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置500和主放大器700。
[0033]所述的二級預(yù)放大器600的一個(gè)輸出端通過功率監(jiān)測與控制裝置300的輸入端連接有第三泵浦源602。
[0034]參閱圖4，所述的I X 3第三分束器603的輸出端通過第二光子晶體光纖5012連接有載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置500的自參考f_2f零頻測量系統(tǒng)502。
[0035]參閱圖1及圖7，所述的第三分束器603的輸出端連接有合束器7011的一個(gè)輸入端。合束器7011的另外兩個(gè)輸入端分別連接有用于提供泵浦能量的第四泵浦源7021和第五泵浦源7022。所述第四泵浦源7021和第五泵浦源7022為多模光纖耦合的半導(dǎo)體激光器，中心波長為976nm，每個(gè)泵浦源的平均功率至少為10W，或者功率更高。[0036]所述合束器7011的輸出端通過第三增益光纖7012連接有1X3第四分束器703，所述的1X3第四分束器703的一個(gè)輸出端作為主放大器700的輸出端。
[0037]所述I X 3第四分束器703的另外兩個(gè)輸出端分別連接有功率監(jiān)測與控制裝置300及載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置500。
[0038]所述的主放大器700的一個(gè)輸出端通過功率監(jiān)測與控制裝置300的輸入端連接入控制主放大器700的輸出功率的第四泵浦源7021和第五泵浦源7022。
[0039]參閱圖4，所述的I X 3第四分束器703的輸出端通過第三光子晶體光纖5013連接有載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置500的自參考f-2f零頻測量系統(tǒng)502，所述的自參考f-2f零頻測量系統(tǒng)502通過電控偏振控制器105對激光振蕩器的偏振態(tài)進(jìn)行控制，以保障主放大器輸出信號的載波-包絡(luò)相位穩(wěn)定。
[0040]本發(fā)明米用激光振蕩器100產(chǎn)生光纖光梳的種子脈沖,記為信號光CO1 ;其單脈沖能量為亞納焦到幾個(gè)納焦。激光振蕩器為鎖模脈沖光纖激光器，鎖模原理可以為半導(dǎo)體可飽和吸收鏡鎖模、石墨烯鎖模、或者非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模。
[0041]信號光ω i經(jīng)過第一分束器按比例分為信號ω10、ω11、ω12。信號ω1(ι作為種子光經(jīng)由一級預(yù)放大器400進(jìn)行信號放大；ω η進(jìn)入重復(fù)頻率監(jiān)控裝置，與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源進(jìn)行比對，將比對后的誤差信號反饋到激光振蕩器腔內(nèi)的壓電陶瓷ΡΖΤ，調(diào)制激光器內(nèi)部有效腔長，獲得穩(wěn)定的脈沖重復(fù)頻率；ω 12經(jīng)過功率監(jiān)測，通過反饋信號控制激光振蕩器的泵浦源功率，完成種子光的功率穩(wěn)定輸出。
[0042]功率監(jiān)測與控制裝置的實(shí)現(xiàn)不局限于激光振蕩器輸出的功率的監(jiān)測和控制，還可以為一級預(yù)放大器400、二級預(yù)放大器600以及主放大器700的輸出穩(wěn)定功率的監(jiān)測和控制。
[0043]信號ω1(ι經(jīng)過一級預(yù)放大進(jìn)行功率放大，輸出較高功率信號ω2，ω2與ω1的光學(xué)頻率相同。信號光通過第二分束器按比例分為信號光ω2。、ω2?、ωΜ。ω2。經(jīng)由二級預(yù)放大器600進(jìn)行功率放大，產(chǎn)生用于監(jiān)測和后續(xù)過程所需足夠的激光能量；ω21通過功率監(jiān)測與控制裝置來調(diào)整《2的功率穩(wěn)定輸出；ω22由載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置500中的光子晶體光纖進(jìn)行光譜展寬，再由f_2f測量裝置獲取CEP零頻信號值f.。
[0044]ω2(ι經(jīng)過二級預(yù)放大器600輸出信號光ω3。信號光ω 3經(jīng)過第三分束器分為信號光ω3。、ω331> ω32° ω 30用于注入主放大器700進(jìn)行高功率激光放大；ω31和ω32分別用于功率監(jiān)測和f。。。監(jiān)測。
[0045]ω3(ι經(jīng)由主放大器700產(chǎn)生高功率的信號光ω4。信號光ω4經(jīng)由第四分束器輸出信號光ω4(1、ω41、ω42。其中，ω41用于功率監(jiān)測與調(diào)制；ω42用于監(jiān)測和控制激光振蕩器；剩余的信號光ω4(1即作為最終實(shí)現(xiàn)的光纖光梳激光。
[0046]載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置500除了用于監(jiān)測一級預(yù)放大器400輸出信號光ω2的fceo，同時(shí)還可用于監(jiān)測二級預(yù)放大器600的輸出信號光ω3，以及主放大器700的輸出信號光ω4。最終，通過將信號光ω4的fce0。的動(dòng)態(tài)變化轉(zhuǎn)換為電信號，反饋到激光振蕩器中的電控偏振控制器上。通過實(shí)施偏振控制，降低的波動(dòng)，獲得穩(wěn)定的值。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度光纖光學(xué)頻率梳的測控方法，其特征在于該方法包括以下具體步驟: a)脈沖產(chǎn)生 米用激光振蕩器產(chǎn)生光纖光梳的種子脈沖，記為信號光W1 ;其激光振蕩器為鎖模脈沖光纖激光器； b)激光平均功率放大 激光振蕩器輸出的激光至少經(jīng)過三個(gè)光纖放大器進(jìn)行功率放大，平均功率從毫瓦量級提升至超過IW ; c)激光放大器輸出穩(wěn)定功率 每級功率放大器后端通過分束器和光電探測器對輸出功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，將所得監(jiān)測信號用于對放大器泵浦源驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行反饋控制； d)激光器重復(fù)頻率的控制 采用負(fù)反饋控制激光振蕩器的重復(fù)頻率；探測到的激光振蕩器的重復(fù)頻率經(jīng)由與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源差分比較，獲取重復(fù)頻率的動(dòng)態(tài)變化值，負(fù)反饋到激光器內(nèi)部的壓電陶瓷上；通過壓電陶瓷的伸縮或者膨脹，控制固定于壓電陶瓷上的表征激光器腔長的光學(xué)器件，并調(diào)控激光振蕩器的有效腔長； e)載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制 對各級光纖放大器輸出脈沖載波-包絡(luò)相位的監(jiān)測，觀察和控制功率放大過程激光相位噪聲的傳遞和漲落，通過將主放大器的載波-包絡(luò)相位輸出信號，負(fù)反饋到激光振蕩器中的載波-包絡(luò)相位控制單元，即電控偏振控制器調(diào)制脈沖偏振演化進(jìn)程或者調(diào)制激光振蕩器的泵浦光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對載波-包絡(luò)相位的穩(wěn)定控制。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于該裝置包括激光振蕩器(100)、重復(fù)頻率校對裝置(200)、功率監(jiān)測與控制裝置(300)、一級預(yù)放大器(400)、載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制(500)、二級預(yù)放大器(600)以及主放大器(700)，其中: 所述的激光振蕩器(100)的輸入端通過第一波分復(fù)用器(1012)連接有第一泵浦源(102)，用于為激光振蕩器提供能量；第一波分復(fù)用器(1012)的另外兩端通過光纖連接1X2分束器(1014)的輸入端和一輸出端，構(gòu)成激光振蕩器環(huán)形腔(101);激光振蕩器環(huán)形腔(101)的輸出端通過1X2分束器(1014)的一輸出端連接有1X3第一分束器(103)的輸入端; 所述的激光振蕩器(100)的輸出端通過1X3第一分束器(103)的一個(gè)輸出端連接重復(fù)頻率校對裝置(200 )的電路模塊(201)的輸入端；重復(fù)頻率校對裝置電路模塊(201)的另一輸入端通過電路連接有標(biāo)準(zhǔn)頻率源(202);重復(fù)頻率校對裝置電路模塊(201)的輸出端連接有用于調(diào)制激光振蕩器(100)內(nèi)部的壓電陶瓷(104)，壓電陶瓷(104)連接纏繞有激光振蕩器環(huán)形腔(101)的光纖； 所述的激光振蕩器(100)的輸出端通過1X3第一分束器(103)的一個(gè)輸出端連接有功率監(jiān)測與控制裝置(300)的一個(gè)輸入端；功率監(jiān)測與控制裝置(300)的一個(gè)輸出端連接有第一泵浦源(102)，用于調(diào)節(jié)控制激光振蕩器(100)的泵浦光的功率大??； 所述的激光振蕩器(100)的輸出端通過1X3第一分束器(103)的一個(gè)輸出端連接有一級預(yù)放大器(400)的第二波分復(fù)用器(4011)的一個(gè)輸入端；第二波分復(fù)用器(4011)的另一輸入端連接有用于提供 泵浦能量的第二泵浦源(402);所述第二波分復(fù)用器(4011)的復(fù)合輸出端連接有第一增益光纖(4012);第一增益光纖(4012)的輸出端通過1X3第二分束器(403)與載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置(500)、二級預(yù)放大器(600)和功率監(jiān)測與控制裝置(300)相連接； 所述的一級預(yù)放大器(400)通過1X3第二分束器(403)的一個(gè)輸出端與載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置(500 )的第一光子晶體光纖(5011)連接；第一光子晶體光纖(5011)與自參考f_2f零頻測量系統(tǒng)(502)連接，用于監(jiān)測一級預(yù)放大器(400)輸出脈沖fee。狀態(tài)； 所述的一級預(yù)放大器(400)通過1X3第二分束器(403)的一個(gè)輸出端與功率監(jiān)測與控制裝置(300)的一個(gè)輸入端連接，所述功率監(jiān)測與控制裝置(300)的一個(gè)輸出端連接第二泵浦源(402)，用于調(diào)節(jié)控制一級預(yù)放大器(400)的泵浦光的功率大??； 所述的一級預(yù)放大器(400)通過1X3第二分束器(403)的一輸出端與二級預(yù)放大器(600)的第三波分復(fù)用器(6011)的一個(gè)輸入端連接,第三波分復(fù)用器(6011)的另一輸入端連接有用于提供泵浦能量的第三泵浦源(602)，所述第三波分復(fù)用器(6011)的復(fù)合輸出端連接有第二增益光纖(6012)，第二增益光纖(6012)的輸出端通過1X3第三分束器(603)與載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置(500 )、主放大器(700 )和功率監(jiān)測與控制裝置(300 )相連接； 所述的二級預(yù)放大器(600)通過1X3第三分束器(603)的一個(gè)輸出端與載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置(500)的第二光子晶體光纖(5012)連接，第二光子晶體光纖(5012)與自參f-2f零頻測量系統(tǒng)(502)連接，用于監(jiān)測二級預(yù)放大器(600)輸出脈沖fee。狀態(tài)； 所述的二級預(yù)放大器(600)通過1X3第三分束器(603)的一個(gè)輸出端與功率監(jiān)測與控制裝置(300)的一個(gè)輸入端連接，所述功率監(jiān)測與控制裝置(300)的一個(gè)輸出端連接第三泵浦源(602)，用于調(diào)節(jié)控制二級預(yù)放大器(600)的泵浦光的功率大??； 所述的二級預(yù)放大器(600)通過1X3第三分束器(603)的一個(gè)輸出端與主放大器(700 )的合束器(701)的一個(gè)輸入端連接，合束器(701)的另外兩個(gè)輸入端連接有用于提供泵浦能量的第四泵浦源(7021)和第五泵浦源(7022);所述合束器(7011)的復(fù)合輸出端連接有第三增益光纖(7012);第三增益光纖(7012)的輸出端通過1X3第四分束器(703)與載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置(500)及功率監(jiān)測與控制裝置(300)相連接； 所述的主放大器(700)通過1X3第四分束器(703)的一個(gè)輸出端與載波包絡(luò)相位監(jiān)測及控制裝置(500)的第三光子晶體光纖(5013)連接，第三光子晶體光纖(5013)與自參考f-2f零頻測量系統(tǒng)(502)連接，用于監(jiān)測二級預(yù)放大器(600)輸出脈沖fee。狀態(tài)；所述的自參考f_2f零頻測量系統(tǒng)(502)的輸出端連接有安裝于激光振蕩器(100)中的電控偏振控制器(105);電控偏振控制器(105)用于控制激光振蕩器(100)的腔內(nèi)脈沖的偏振演化進(jìn)程，調(diào)整其f_=0控制精度； 所述的主放大器(700)通過1X3第四分束器(703)的一個(gè)輸出端與功率監(jiān)測與控制裝置(300)的一個(gè)輸入端相連接，所述功率監(jiān)測與控制裝置(300)的一個(gè)輸出端連接第四泵浦源(7021)和第五泵浦源(7022)，用于調(diào)節(jié)控制主放大器(700)的泵浦光的功率大?。凰龅?X3第四分束器(703)的另外一個(gè)輸出端作為主放大器(700)的輸出端，用于輸出信號，即高精度的光纖光梳激光；其中: 所述自參考f_2f零頻測量系統(tǒng)(502 )和重復(fù)頻率校對裝置(200 )為光信號轉(zhuǎn)換為電信號的電路監(jiān)測控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述激光振蕩器(100)的鎖模為石墨烯鎖模、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡鎖?；蚍蔷€性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述激光振蕩器(100)內(nèi)置有電控偏振控制器EPC及壓電陶瓷 控制器PZT。
【文檔編號】H01S3/13GK103904546SQ201410132665
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】郝強(qiáng), 張青山, 郭政儒, 曾和平 申請人:上海朗研光電科技有限公司