本發(fā)明專利技術公開了一種全光差頻產生高精度光纖光梳種子脈沖的方法及裝置，其方法集合了光纖超短脈沖產生、高功率光纖放大、光纖非線性混頻、光學差頻與倍頻等過程；裝置包括激光振蕩器、六波混頻放大器、光梳差頻器及光梳倍頻器。裝置最終輸出的激光脈沖與系統(tǒng)初始種子光頻率極為接近，且載波包絡位相穩(wěn)定，可直接作與信號光對應波段的光纖放大器的種子光梳使用。本發(fā)明專利技術中差頻過程所需的兩個信號光產生自同一個非線性混頻過程，可自動消除差頻過程產生的信號光的相位噪聲，獲得脈沖強度強、對比度高的紅外波段載波包絡位相為零的光梳激光。?
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種全光差頻產生高精度光纖光梳種子脈沖的方法及裝置，其方法集合了光纖超短脈沖產生、高功率光纖放大、光纖非線性混頻、光學差頻與倍頻等過程；裝置包括激光振蕩器、六波混頻放大器、光梳差頻器及光梳倍頻器。裝置最終輸出的激光脈沖與系統(tǒng)初始種子光頻率極為接近，且載波包絡位相穩(wěn)定，可直接作與信號光對應波段的光纖放大器的種子光梳使用。本專利技術中差頻過程所需的兩個信號光產生自同一個非線性混頻過程，可自動消除差頻過程產生的信號光的相位噪聲，獲得脈沖強度強、對比度高的紅外波段載波包絡位相為零的光梳激光。【專利說明】一種全光差頻產生高精度光纖光梳種子脈沖的方法及裝置
本專利技術涉及光學
，具體地說是一種采用全光差頻產生高精度光纖光梳種子脈沖的方法及裝置。
技術介紹
從上世紀末開始，光學頻率梳的研究飛速發(fā)展。如何精確的定義時間和長度等物理量的基本單位，一直是國際科學
關注的焦點。目前的時間標準是定義在銫原子基態(tài)超精細躍遷頻率上。雖然這個作為時間標準的躍遷有非常窄的線寬，即這個躍遷有著客觀而穩(wěn)定的躍遷頻率。可惜的是，這個頻率落在微波的范圍(9.2 GHz)，譜線Q值不是很高。將時間標準從微波的范圍延伸到可見光的頻率，提高時間量測的準確度，是這十年來光頻標方面研究的主要方向。光學頻率梳以其在時域和頻域的精確可控性受到國內外研究人員的追捧。之前幾年，科學家對光學頻率梳的研究主要集中于摻鈦藍寶石激光振蕩器振蕩器，而這種激光振蕩器的平均輸出功率為300mW左右，一般很難超過500mW，原因不僅在于激光振蕩器本身輸出的平均功率就十分有限，而且這種梳狀頻率結構的激光輸出需要很大一部分的輸出能量進行反饋控制。因此，國際上幾個知名的研究小組將研究重點放在了基于光纖結構的光纖激光器和光纖光梳上面。光纖波導，有其獨特優(yōu)勢，注入柔性的物理結構、零色散波長可控、極小的纖芯可產生足夠的峰值功率密度等等。特別是采用雙包層光纖放大器和光子晶體光纖極易將光纖激光的平均功率提高，使其頻譜寬度進一步拓展。高功率光纖光梳的核心技術是光纖光梳的種子脈沖的產生和控制，其性能將直接影響整個光梳系統(tǒng)指標。因此，一種能產生穩(wěn)定光纖光梳種子脈沖的方法顯得尤為重要。最常用的方法是通過控制光纖激光振蕩器腔長和注入的泵浦功率來實現，但該方法對光纖長度和泵浦光強度的控制精度要求極高，有時甚至難以實現。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有技術中存在的問題而提出的一種全光差頻產生高精度光纖光梳種子脈沖的方法及裝置，其方法產生的光梳種子激光可以實現載波-包絡相移自動為零，即fceo=ο，同時具有脈沖對比度高、種子系統(tǒng)搭建方便，無需高復雜度的電路等優(yōu)勢。本專利技術的目的是這樣實現的: 一種全光差頻產生高精度光纖光梳種子脈沖的方法，該方法包括以下具體步驟: a)脈沖產生 激光振蕩器產生低能量種子脈沖，記為信號光Q1 ； b)非線性六波混頻光纖放大器將信號光Q1的平均功率放大，使放大后信號光O1的功率提升至超過發(fā)生非線性混頻的閾值，并產生后續(xù)差頻過程所需的兩個新頻率，記為信號光《2和信號光ω3;非線性六波混頻是由兩個級聯(lián)的四波混頻組成，即第一個四波混頻:2Χ ωι=ω2+ω6，第二個四波混頻:2Χω2=ω3+ω6，其中，?2和ω 6分別作為第一個四波混頻過程中的泵浦光子、信號光子和閑頻光子，《2、《3和《6分別作為第二個四波混頻過程中的泵浦光子、信號光子和閑頻光子，ω3 > ω2 > CO1 > ω6;滿足群速度匹配和相位匹配的條件下，將上述兩個四波混頻中共享的閑頻光子ω6消去，即等效于一個非線性六波混頻:2Χ ω1=3Χ ω2 -ω3;信號光ω 2和信號光ω3產生自同一個非線性過程，具有完全相等的相位噪聲； c)光梳差頻 將信號光《2和信號光ω3進行光學差頻生成新頻率，記為信號光ω4，實現:ω3 —ω2=ω4，光學差頻過程可將《3和《2中相同的相位噪聲消除，產生的紅外波段的信號光ω4的相位噪聲為零，即實現信號光ω4的載波-包絡相移自動為零； d)光梳倍頻 將信號光ω4進行光學倍頻獲得信號光ω5，即:2ω4=ω5，信號光《5與信號光O1的頻率極為接近，能夠作為與信號光O1對應波段的光纖放大器的種子光使用，g卩《5為最終實現的聞精度光纖光梳種子脈沖。所述六波混頻過程所需的群速度匹配和相位匹配條件是依靠模式色散、材料色散、波導色散及非線性相移共同實現。一種實現全光差頻產生高精度光纖光梳種子脈沖方法的裝置，該裝置包括激光振蕩器、六波混頻放大器、光梳差頻器及光梳倍頻器，所述激光振蕩器、六波混頻放大器、光梳差頻器及光梳倍頻器依次連接，其中: 所述六波混頻放大器包括第一光隔離器、波分復用器、第一泵浦源、第一增益光纖、第二光隔離器、合束器、第二 泵浦源、第三泵浦源及第二增益光纖，所述第一光隔離器輸出端與波分復用器的一個輸入端連接，波分復用器的另一輸入端連接用于提供泵浦能量的第一泵浦源；所述波分復用器的復合輸出端連接第一增益光纖，第一增益光纖的輸出端通過第二光隔離器的輸入端連接合束器，所述合束器的另外兩個輸入端分別連接用于提供泵浦能量的第二泵浦源和第三泵浦源，合束器的輸出端連接第二增益光纖，第二增益光纖的輸出端作為六波混頻放大器的輸出端。所述光梳差頻器包括分頻器、光差頻器及脈沖壓縮裝置，光梳差頻器的輸入端口為分頻器的輸入端，分頻器用于將六波混頻放大器的輸出光中的共同傳輸的信號光Q1、信號光和信號光中的信號光ω I分出濾除，在分頻器的輸出端僅包含信號光ω2和信號光ω3;分頻器的輸出端連接用于頻率變換的光差頻器，光差頻器用于將信號光ω2和信號光ω3進行光學差頻，實現ω3— ω2=ω4過程，該過程將《3和ω2中相同的相位噪聲消除，產生的紅外波段的信號光《4的相位噪聲為零，即實現信號光ω4的載波-包絡相移自動為零；光差頻器的輸出端連接用于進行壓縮脈寬的脈沖壓縮裝置，實現飛秒量級的脈沖輸出；所述的脈沖壓縮裝置為由透射式的光柵對的結構或者是反射式光柵的結構；脈沖壓縮裝置的輸出端口作為光梳差頻器的輸出端。所述的光倍頻器的輸入端口為脈沖壓縮裝置的輸出端，光倍頻器的輸出端用于輸出信號光ω5。所述的光差頻器和光倍頻器頻率變換器件為非線性光學晶體。所述激光振蕩器的鎖模為半導體可飽和吸收鏡鎖模、石墨烯鎖模或者非線性偏振旋轉鎖模。本專利技術的有益效果: (I)、采用全光差頻方式實現紅外波段載波包絡位相為零的光梳激光輸出。原因在于該差頻方式所需的兩個信號光產生自同一個非線性混頻過程，差頻過程可以自動消除相位噪聲，產生紅外波段載波包絡位相為零的光梳激光。⑵、采用差頻過程產生的紅外波段載波包絡位相為零的光梳激光的脈沖對比度高。由同一個六波混頻過程產生的用于參量差頻的泵浦光和信號光的脈沖寬度相近，可保證只在有泵浦光和信號光通過非線性晶體時才發(fā)生參量作用，脈沖強度強，對比度高。與通常的啁啾脈沖放大過程相比，從根源上避免了增益介質被連續(xù)泵浦產生的放大自發(fā)輻射。同時，與直接控制激光器的方案相比，消除了增益介質中自發(fā)輻射的影響。此外，差頻方式可在極大程度上消除次級脈沖的影響。⑶、采用皮秒激光產生、非線性六波混頻、全光差頻、光梳倍頻的環(huán)路方案，最終產生的光梳種子光的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：郝強，張青山，曾和平，
申請(專利權)人：上海朗研光電科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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