CN109643878B - 光谱窄化模块、细化光谱线装置及其相关联的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光谱窄化模块、细化光谱线装置及其相关联的方法。许多应用要求使用具有短光学射线长度的激光器。然而，目前，没有模块能够以令人满意的方式细化来自光源的光线，特别是来自半导体激光器的光线。本发明涉及光谱窄化方法(500)，具有细化光谱线装置(200)，该装置包括至少一个光源和光谱窄化模块(100)。光谱窄化模块(100)包括至少一个第一耦合器(111)、布里渊谐振器(120)和调制器(130)。

Description

光谱窄化模块、细化光谱线装置及其相关联的方法
发明领域
本发明的技术领域涉及通过辐射的受激发射产生放大光束的光源之一。特别地，但不是唯一地，涉及光谱窄化模块的技术领域。更具体地，本发明涉及通过引入预先光谱细化的光束来对光源进行光谱细化的方法。
现有技术
如今，许多应用需要使用具有小光学谱线宽度的光源。这些应用通常是光学计量学、光谱学、电信、雷达系统、原子操纵和原子钟。然而，目前市场上的光源包括明显的线宽。当然，存在具有小线宽的光源，但是它们具有通常复杂、低功率、不可调谐且特别昂贵的缺点。而且，本发明与现有技术的不同之处在于，它不是传统的主从射入，传统的主从射入必然需要两个不同的源：主源和从源。
发明内容
本发明的目的在于以至少一个第一光源的光谱窄化模块的形式解决上述缺点的全部或部分，该光谱窄化模块包括：
-至少一个第一耦合器；所述至少一个第一耦合器配置为从源自所述至少一个第一光源的一个第一入射光束导出至少一个第一泵浦光束，并且所述第一入射光束被引入到光谱窄化模块中；
-布里渊谐振器；所述布里渊谐振器配置为从所述第一泵浦光束的至少一部分产生至少一个第一谐振光束；以及
-调制器；所述调制器配置为从所述第一谐振光束产生至少一个第一调制光束；
光谱窄化模块配置为将第一调制光束全部或部分地引入所述至少一个第一耦合器中，所述至少一个第一耦合器配置为将第一调制光束全部或部分地引入所述至少一个第一光源中，以便窄化所述至少一个第一光源的光谱线。
本发明的优点很多。谱线窄化模块适用于任何光源和任何波长的光源。优选地，根据本发明的窄化模块可以用于“分布式反馈”激光器，更好地称为DFB激光器，通常用于电信领域中具有差的光谱质量但是非常便宜、非常紧凑和节能的应用。半导体光源还具有覆盖从蓝色到红外的波长范围的优点，例如从400nm到12μm。本发明与这种类型的光源，特别是与这种类型的激光器的兼容性是一个重大进步，因为它为诸如铯钟或铷钟等大量应用提供了非常简单和廉价的解决方案，这些应用需要光谱上非常精细的激光器在非常近红外的极精确频率下振荡。DFB型紧凑半导体激光器和光纤技术的使用使得本发明与包括空中和空间环境在内的恶劣环境兼容。
总之，本发明同时提供小的线宽、大的可调谐性、极宽的工作波长范围，良好的紧凑性，出色的鲁棒性，与恶劣环境中的平台兼容性，重量轻，能耗适中且成本低。
该光谱窄化模块还可以具有以下特征中的一个或多个，单独或组合使用。
根据非限制性的实施方式，所述至少一个第一耦合器配置为将第一调制光束全部或部分地引入所述至少一个第一光源，以便赋予其调制光的细度线。
根据非限制性的实施方式，所述调制器配置为从第一谐振光束产生至少一个第一调制光束，其中至少一个光谱分量与所述至少一个第一光源的光谱分量相距至多50GHz。
有利地，由于这种布置，光谱窄化模块产生了具有小的光谱线宽的第一信号光束，其可用于不同目的。
根据非限制性的实施方式，所述至少一个第一耦合器配置为从第一入射光束导出第一信号光束，所述第一入射光束源自所述至少一个第一光源并被引入到光谱窄化模块中。
有利地，由于这种布置，光谱窄化模块产生了具有小的光谱线宽的第一信号光束，其可用于不同目的。
根据非限制性的实施方式：
-所述至少一个第一耦合器配置为从第二入射光束导出至少一个第二泵浦光束，所述第二入射光束源自第二光源并被引入到光谱窄化模块中；侧
-所述布里渊谐振器配置为从所述第二泵浦光束的至少一部分产生第二谐振光束；以及
-调制器被配置为从第二共振光束产生至少一个第二调制光束，
光谱窄化模块配置为将第二调制光束全部或部分地引入所述至少一个第一耦合器，所述至少一个第一耦合器配置为将第二调制光束全部或部分地引入第二光源，以便窄化第二光源的光谱线。
有利地，由于这种布置，光谱窄化模块可能使用第一光源从第二光源产生第二细化光束，第二光源具有与第一光源不同的光谱特性并且具有小的光谱线宽，可用于不同的目的。
根据非限制性的实施方式，调制器配置为从第二谐振光束产生至少一个第二调制光束，其中至少一个光谱分量与第二光源的光谱分量相距至多50GHz。
有利地，由于这种布置，所述调制器从第二谐振光束产生至少一个第二调制光束，其中至少一个光谱分量接近第二光源的光谱分量。
根据非限制性的实施方式，所述至少一个第一耦合器配置为从第二入射光束导出第二信号光束，所述第二入射光束源自第二光源并被引入到光谱窄化模块中。
有利地，由于这种布置，光谱窄化模块从第二光源产生第二信号光束，所述第二光源具有与第一光源不同的光谱特性并且具有小的光谱线宽，可用于不同的目的。
根据非限制性的实施方式，调制器配置为从第一谐振光束产生能够细化第二光源的光谱线的第二调制光束。
根据非限制性的实施方式，第二调制光束包括至少一个能够细化第二光源的光谱线的光谱分量。
根据非限制性的实施方式，第二调制光束包括配置为使第二光源的光谱线变窄的光谱分量。
有利地，由于这种布置，光谱窄化模块从第一光源产生第二细化光束，第二光源具有与第一光源不同的光谱特性，并且具有小的光谱线宽，可用于不同的目的。
根据非限制性的实施方式，光谱窄化模块包括第二耦合器；第二耦合器配置为将第二调制光束全部或部分地引入第二光源，以便窄化第二光源的光谱线，所述第二调制光束源自所述调制器。
有利地，由于这种布置，光谱窄化模块产生第二细化光束，所述第二细化光束具有小的光谱线宽，其可用于不同的目的。
根据非限制性的实施方式，第二耦合器配置为从第二入射光束导出至少一个第二信号光束，所述第二入射光束源自第二光源并被引入到光谱窄化模块中。
有利地，由于这种布置，光谱窄化模块产生了具有小的线宽的第二信号光束。
根据非限制性的实施方式，光谱窄化模块包括第三耦合器，所述第三耦合器配置为从源自所述至少一个第一耦合器的第一信号光束和源自所述第二耦合器的第二信号光束中的至少一个信号光束产生第三信号光束。
有利地，由于这种布置，光谱窄化模块产生第三信号光束，所述第三信号光束包括第一信号光束和第二信号光束中的至少一个小的光谱线宽。
根据非限制性的实施方式，第三信号光束全部或部分地包括所述至少一个第一光源的第一信号光束和第二光源的第二信号光束中的至少一个信号光束，第三信号光束由所述至少一个第一耦合器和第三耦合器中的至少一个耦合器产生。
根据非限制性的实施方式，光谱窄化模块配置为将第一调制光束引入第二耦合器，以便第一调制光束全部或部分地引入到第二光源中，以便窄化第二光源的光谱线。
有利地，由于这种布置，仅使用第一光源的一部分功率来窄化第二光源的光谱线而不使用其一部分功率。
根据非限制性的实施方式，光谱窄化模块配置为将第二调制光束引入所述至少一个第一耦合器，以便第二调制光束全部或部分地引入到第一光源中，以便窄化第一光源的光谱线。
有利地，由于这种布置，仅使用第二光源的一部分功率来窄化第一光源的光谱线而不使用其一部分功率。
根据非限制性的实施方式，第一耦合器配置为从第一入射光束导出至少一个第一信号光束，所述第一入射光束源自所述至少一个第一光源并被引入到光谱窄化模块中。
本发明涉及一种细化光谱线装置，其中所述至少一个第一光源和第二光源中的至少一个光源的特征在于发射在所述至少一个第一入射光束和第二入射光束中的至少一个入射光束，所述至少一个入射光束具有所述至少一个第一调制光束和第二调制光束中的至少一个调制光束的光谱特性的全部或部分，以允许细化光谱线装置自支撑，并产生所述第一信号光束和第二信号光束中的至少一个信号光束，所述至少一个信号光束具有所述至少一个入射光束和所述至少一个调制光束中的所述至少一个光束的光谱特性的全部或部分。
本发明涉及一种细化光谱线装置，包括至少一个根据本发明的光谱窄化模块和至少一个与所述至少一个光谱窄化模块相关联的第一光源。
本发明的优点很多。所述细化光谱线装置可以使用任何光源和任何波长的这样的光源。优选地，根据本发明的细化光谱线装置可以使用DFB激光器，所述DFB激光器具有差的光谱质量但是非常便宜、非常紧凑和节能。因此，细化光谱线装置允许覆盖从蓝色到红外的波长范围，例如从400nm到12μm。由于其兼容性，细化光谱线装置为诸如铯钟或铷钟等大量应用提供了非常简单且廉价的解决方案，这些应用需要在非常接近的红外线中以非常精确的频率振荡的光谱上非常细化的激光器。DFB型紧凑型半导体激光器和光纤技术的使用使得本发明与包括空中和空间环境在内的恶劣环境兼容。
根据非限制性的实施方式，细化光谱线装置配置为发射第一信号光束或第三信号光束。
本发明涉及一种用于发射第一入射光束的至少一个第一光源的光谱窄化方法，该光谱窄化方法包括以下步骤：
-导出源自所述至少一个第一光源的第一入射光束，以产生被称为第一泵浦光束的第一光束；
-调谐被称为第一泵浦光束的所述第一光束的至少一部分，以产生第一谐振光束；
-调制被称为第一谐振光束的光束的至少一部分，以便产生至少一个第一调制光束；以及
-将所述至少一个第一调制光束全部或部分地引入所述至少一个第一光源，以便窄化所述至少一个第一光源的光谱线。
光谱窄化方法可以进一步具有一个或多个以下特征，单独或组合使用。
根据非限制性的实施方式，在调制步骤期间，调制第一谐振光束的至少一部分以便产生第二调制光束。
根据非限制性的实施方式，在调制步骤期间，调制第一谐振光束的至少一部分，以便产生至少一个第一调制光束，其中至少一个光谱分量与所述至少一个第一光源的光谱分量相距至多50GHz。
有利地，由于这种布置，调制步骤从第二谐振光束产生了至少一个第二调制光束，其中至少一个光谱分量接近第二光源的光谱分量。
根据非限制性的实施方式，在引入步骤期间，第二调制光束被完全或部分地引入第二光源，以便窄化第二光源的光谱线。
根据非限制性的实施方式，光谱窄化方法使用根据本发明的光谱窄化模块或根据本发明的细化光谱线装置。
根据阅读通过非限制性示例给出的本发明实施方式的以下描述，本发明的其它特征和优点将变得更加明显。
附图列表
使用下面结合附图公开的详细描述将更好地理解本发明，其中：
-图1示出了普通光谱线和细化光谱线的实施例；
-图2示出了细化光谱线装置200和光谱窄化模块100的实施例，在其中实施根据本发明的方法；
-图3示出了根据非限制性的实施方式的细化光谱线装置200和包括两个光源的光谱窄化模块100的实施例，在其中实施根据本发明的方法；
-图4示出了根据非限制性的实施方式的细化光谱线装置200和包括两个光源的光谱窄化模块100的实施例，在其中实施根据本发明的方法；
-图5示出了根据第一实施方式的光源的光谱线的实施例；
-图6示出了根据第一实施方式的谐振光束的实施例；
-图7示出了根据第一实施方式的调制光束的实施例；
-图8示出了根据第二实施方式的两个光源的两条光谱线的实施例；
-图9示出了根据第二实施方式的两条谐振光束的实施例；
-图10示出了根据第二实施方式的两条调制光束的实施例；
-图11示出了根据第二实施方式的两个光源的两条光谱线的实施例；
-图12示出了根据第三实施方式的共振光束312的实施例；
-图13示出了根据第三实施方式的在两个调制频率的调制光束的实施例；
-图14示出了根据第三实施方式的光源的光谱线的实施例；
-图15示出了根据本发明的第一光源和第二光源的组合；
-图16示出了根据第一实施方式的至少一个第一光源210的光谱窄化方法500的一般原理；以及
-图17示出了根据第二和第三实施方式的用于至少两个光源的光谱窄化方法500的步骤。
在以下对上面定义的附图的详细描述中，相同的构件或实现相同功能的构件可以保持相同的附图标记，以便简化对本发明的理解。
本发明的一般说明
一般原理
本发明涉及谐振器120，特别是布里渊谐振器120和调制器130的联合使用，以便窄化至少一个光源的光谱线。所述至少一个第一光源的部分功率由所述至少一个第一耦合器采样，以便用作有用的信号波。另一部分功率用于泵浦布里渊谐振器120，这将允许细化激光线。
谐振器120，特别是布里渊谐振器120，被配置为使用所述至少一个光源210进行泵浦。术语“泵浦”对于本领域技术人员来说是公知的。称为泵浦波311的波(频率为νp)将与所考虑的介质中存在的声波相互作用。这种相互作用对应于由声波引起的在索引网络上被称为泵浦波的的非弹性扩散，导致光波的布里渊效应的产生，被称为Stokes(斯托克斯)波312(频率为νs)。Stokes波312与泵浦波311的拍频将产生强度调制和以速度Ca传播的折射率光栅，这将倾向于放大所产生的声波。由此产生的声波散射更多的泵浦波，这增强了Stokes波。等等，这两个过程相互增强并导致Stokes波的放大。
谐振器120还被配置为对由布里渊效应产生的Stokes波312进行谐振，因此Stokes波312可以被认为是波长为νb的布里渊波312，并且对于所述至少一个第一光源的波长理想地是非共振的，或者更准确地说是对于泵浦波长νp理想地是非共振的。
光学谐振现象包括使光波在光学谐振器中循环几圈以上。该机制赋予来自谐振器的波增加的线细度。当光学谐振器具有增益(在这里由通过布里渊效应的泵浦获得)时，产生的波(此处为Stokes波)的线宽与谐振器的长度和执行的转数以及与所述波的光功率成反比。
例如，与气体激光器相反，所述至少一个第一光源的波长对布里渊效应不起作用。实际上，这就是本发明在任何波长下工作的原因。
因此，该光源的一部分光束用于泵浦布里渊谐振器120。来自布里渊谐振器120的Stokes波312，即谐振光束相对于所述至少一个第一光源(换言之，泵浦光束)的发射波长以及通过入射光束的延伸，自然地从1变为最大约50千兆赫兹。谐振器120对于所述至少一个第一光源通常是非谐振的，以便允许在所述至少一个第一光源的任何频率下进行最佳操作。产生的布里渊波312或Stokes波312是谐振的。
所述至少一个第一耦合器111允许提取入射光束310的一部分并将泵浦波311引向谐振器120。布里渊波312被引向调制器130。这两个波，即被称为泵浦波的泵浦光束和被称为布里渊波312的谐振光束彼此频移。谐振器120优选地是光纤谐振器，以便具有简化且非常容易的集成，并且由于光纤可以缠绕在线圈上，所以其成本低并且空间要求非常小。当然，可以考虑其他谐振器架构，因为布里渊效应可以在其他材料、气体或液体中获得。
一旦泵浦，布里渊谐振器120表现得像光源，其以Stokes波312的频率振荡。
根据实施方式，调制器130可以是Mach-Zehnder型强度调制器、相位调制器、单边带调制器、声光调制器或光调制器，然后是任何光学非线性效应。调制器130以移位频率调制被称为布里渊波312的共振光束，以便揭示与激光源210相同频率或接近20GHz的至少一个光学线。然后借助于所述至少一个第一耦合器111将该线引入到激光源210中。引入调制的Stokes波313允许对所述至少一个第一光源210进行光谱细化。
调制器的操作对于本领域技术人员来说是已知的，并且不需要示出。实际上，该装置130在被称为幅度之一的调制频率的频率上产生随时间变化的变化，该幅度表征被称为载波振荡的周期性光振荡。该变化导致产生从调制频率偏移的至少一个光学线。换句话说，光学调制器130是通常由电信号控制的光电子器件，当连续时间光学信号施加到输入时，该光学调制器130提供通常强度的调制光学信号。
布里渊谐振器120由数十米的光纤回路组成。该回路在激光源210的频率下是非谐振的。无论激光源210的频率如何，该特性都是正确的。泵浦波311不谐振，因为布里渊谐振器120不对于泵浦波311的传播方向谐振。然而，布里渊谐振器120在另一个方向上谐振，即Stokes波312的传播方向。
反过来，在相反方向上产生的频率为νb的布里渊波312谐振。使用集成耦合器(未示出)将频率为νb的布里渊波312提取到布里渊谐振器120中，然后传输到所述至少一个第一耦合器111。
频率为νb的布里渊波312由所述至少一个第一耦合器111提取。频率为vp的激光源210与频率为vb的布里渊激光之间的频率偏差取决于布里渊回路的特性、布里渊谐振器120中使用的光纤和激光源的发射波长的性能。布里渊波312的频率定义为：
Figure BDA0001903603180000091
vp是所述至少一个第一光源210的频率，n是光纤的光学指数，c是光的速度，以及ca是介质中声波的速度，其中以所述至少一个第一光源210的频率传播。然后，来自布里渊激光器的频率波νb，更确切地说来自布里渊谐振器120被发送到光调制器130。调制器130在频率vb的入射波的频率的两侧产生线，频率vb的频率偏差给出为mfol，fol是调制频率530，m是整数。调整频率fol以对应于布里渊频移频率，即fol＝Δv＝(|vp-vb|)。因此，产生对应于激光源的光学频率的频率v'p，根据所应用的调制，该频率可以对应于不同于νp的频率：
ν’p＝vb+fol≡vp
然后将产生的频率v’p＝νb+fol的波发送到激光源210。这个产生的频率ν’p的波与激光源210具有相同的频率，然而，这个产生的频率ν’p的波由于布里渊谐振器120已被光谱地细化。因此，它引入到所述至少一个第一光源210中使其本身的光谱线变窄。该机构自然是自持的并且允许稳定所述至少一个第一光源210。实际上，一旦光谱细化，泵浦激光器210具有最佳光谱特性以再次泵浦布里渊谐振器120并进一步细化。通常，在峰值-3dB或半高度处即峰值的50％测量的初始线宽，并且其可以是几兆赫兹，参见图1的曲线310，通过这种光学引入方法变成从几十到几赫兹，甚至低于一赫兹，例如参见图1的曲线315。应该注意，本发明不需要电子伺服控制。因此，该技术不受锁相回路的带宽限制。
因此，该技术不受电子反作用带宽的限制，这使得所述激光器与宽线的光谱窄化相兼容，例如(激光二极管、法布里-珀罗Fabry-Perot、量子级联激光器、垂直腔面发射激光器VCSEL、具有扩展的外腔等)的半导体激光器类型或任何其它具有太宽的线的激光器，不能通过电子装置伺服控制，例如固体激光器(Nd：YAG，Er：YAG，Er：Yb等)、盒子或量子线激光器、拉曼激光器、光纤激光器、气体激光器、染料激光器、化学激光器、自由电子激光器、LED和OLED(有机LED)。
可以将由调制器130产生的更高次谐波引入激光器中，以便在必要时降低调制频率530。如果由激光源传递的光功率不足，则可以使用光放大器(未示出)。最后，有用信号315可以是来自泵浦激光器210的波，如本文所述，或来自布里渊谐振器120的Stokes波312。
此外，当调制光束313被引入所述至少一个第一光源210时，避免了布里渊谐振器120的模式跳跃，这允许获得时间稳定的布里渊谐振器120。
此外，如前所述，可以具有放大器，以便不受布里渊谐振器的功率限制。
本发明的优点很多。该技术适用于任何类型的光源，特别适用于激光器，并适用于任何波长。确实可以使用半导体激光器，所述半导体激光器具有差的光谱质量但是非常便宜以产生非常精细的线宽。半导体激光器还具有覆盖从蓝色到红外的波长范围的优点。本发明与这种类型的激光器的兼容性是一个重大进步，因为本发明为大量应用提供了非常简单和廉价的解决方案。例如，铯钟或铷钟需要激光，这种激光在光谱上非常细化并且在极近红外线中以非常精确的频率振荡。本发明满足了这种需要。紧凑型半导体激光器和光纤技术的使用使得本发明与包括航空航天和/或海事环境在内的恶劣环境兼容。
总之，本发明同时提供小的线宽、大的可调性、极宽的工作波长范围、良好的紧凑性、优异的鲁棒性、与恶劣环境中的平台的兼容性、重量轻、能耗适中且低成本。
第一实施方式的一般说明
图2示出了光谱窄化模块100。用于至少一个第一光源210的光谱窄化模块100包括所述至少一个第一耦合器111、布里渊谐振器120和调制器130。
所述光源发射第一光束，如图5所示。为简化起见，在本申请和/或本专利的附图的图表中仅示出了有用波长315的峰值。第一所述至少一个第一耦合器111配置为从第一入射光束310导出至少一个第一泵浦光束311，所述第一入射光束310源自所述至少一个第一光源210，并被引入到光谱窄化模块100中。第一泵浦光束311被引导朝向布里渊谐振器120。
该布里渊谐振器120配置为从所述第一泵浦光束311的至少一部分产生至少一个第一谐振光束312。谐振光束312从几千兆赫频移到几十千兆赫，如图6所示。该第一谐振光束312被发送到调制器130。
调制器130配置为从第一谐振光束312产生至少一个第一调制光束313。实际上，调制光束313可以具有一个谐波或具有多个谐波。因此，第一调制光束313经由所述至少一个第一耦合器111引入到所述至少一个第一光源210中，以便使所述至少一个第一光源210的光谱线变窄。
第一所述至少一个第一耦合器111配置为从第一入射光束310导出第一信号光束315，所述第一入射光束310源自所述至少一个第一光源210的，并被引入到光谱窄化模块100中。
第二实施方式的一般说明
图3中所示的第二实施方式与第一实施方式大致相似。实际上，除了第一光源210之外，第二实施方式还包括第二光源220。第二光源220通过诸如玻璃、气体、晶体的介质传输到第一所述至少一个第一耦合器111。这种布置的好处是使两个光源，即第一光源210和第二光源220变窄，或者使用第一光源210仅使第二光源220变窄。
图8示出了第一光源310的光谱线和第二光源320的光谱线。这两条光谱线被注入到光谱窄化模块100中。如在第一实施方式中那样，光谱窄化模块100包括第一所述至少一个第一耦合器111、布里渊谐振器120和调制器130。
如前所述，第一光源210和第二光源220入射到第一所述至少一个第一耦合器111。两个光源可以泵浦谐振器120。如在第一实施方式中那样，所述至少一个第一耦合器111从第一入射光束310导出第一泵浦光束311和从第二入射光束320导出第二泵浦光束321，所述第一入射光束310源自第一光源210，所述第二入射光束320源自第二光源220。
谐振器120从第一泵浦光束311产生第一谐振光束312，并从第二泵浦光束321产生第二谐振光束322。如在第一实施方式中那样，第一谐振光束312和第二谐振光束322相对于第一入射光束310以及相对于第二入射光束320进行频移。第一谐振光束312和第二谐振光束322从几千兆赫兹频移到几十千兆赫兹，如图9所示。第一谐振光束312和第二谐振光束322被发送到调制器130。
第一谐振光束312和第二谐振光束322分别产生第一调制光束313和第二调制光束323。
调制器130从第一谐振光束312和第二谐振光束322产生至少一个第一调制光束313和一个第二调制光束323。实际上，第一调制光束313和第二调制光束光束323可以具有不同的谐波。
第一光束和第二光束全部或部分地重新引入所述至少一个第一耦合器中。所述至少一个第一耦合器111将第二调制光束323全部或部分地引入第二光源220中，以使第二光源220的光谱线变窄。
在该实施方式中，还可以提供所述至少一个第一耦合器111将第一调制光束313全部或部分地引入第二光源220中，以便如果第一光源210的光谱线特性允许，则使第二光源220的光谱线变窄。
第三实施方式的一般说明
在图4所示的第三实施方式中，仅第一光源210将用于窄化第二光源220。实际上，在该配置中，光谱窄化模块100包括第一所述至少一个第一耦合器111、第二所述至少一个第一耦合器112、第三所述至少一个第一耦合器113、布里渊谐振器120和调制器130。
第一光源210发射第一光束。第一所述至少一个第一耦合器111配置为从第一入射光束310导出至少一个第一泵浦光束311，所述第一入射光束310源自所述至少一个第一光源210并被引入到光谱窄化模块100中。第一泵浦光束311被引导朝向布里渊谐振器120。
该布里渊谐振器120配置为从所述第一泵浦光束311的至少一部分产生至少一个第一谐振光束312。所述谐振光束从几千兆赫频移到几十千兆赫，如图6所示。该第一谐振光束312被发送到调制器130。
调制器130配置为从第一谐振光束312产生第一调制光束313和第二调制光束323。
实际上，与第一谐振光束相比，第一谐振光束312具有不同的谐波，分别对应于第一入射光束310和第二入射光束320。
该实施方式允许使用第一调制光束313来细化第一光源210以及还有第二光源220。
实际上，光源的第二光束被引导朝向第二所述至少一个第一耦合器112，以便使第二光源220的光谱线变窄。
细化光束的光谱线被引入第二所述至少一个第一耦合器112中。该第二所述至少一个第一耦合器112可以从源自第二光源220的第二入射光束320导出第二信号光束325。
第一细化光束315和第二细化光束325被引入第三耦合器113中，以便产生包括第一信号光束315和第二信号光束325的光谱特性的第三光束。两条光束，即第一细化光束315和第二细化光束325的拍频允许具有较低频率的第三细化光束，即在Tera赫兹和/或Giga赫兹范围内。
该方法的步骤的介绍
上述光谱线窄化模块以及细化光谱线装置200可以根据光谱窄化方法500进行操作。该光谱窄化方法500可以用于发射光束的至少一个第一光源210。光谱窄化方法500包括第一入射光束310的导出510。第一入射光束310源自至少一个第一光源210，以便产生被称为第一泵浦光束311的第一光束320。
该第一泵浦光束311被引入谐振器120中，使得在谐振器120中发生被称为第一泵浦光束311的所述第一光束的至少一部分的谐振520。该谐振产生第一谐振光束312。
该第一谐振光束312被引导朝向调制器130。在调制器130中执行调制530。有效地，调制被称为第一谐振光束的所述光束的一部分，以便产生至少一个第一调制光束313。
该调制光束313包括至少一个谐波，当通过借助于第一所述至少一个第一耦合器111将所述第一调制光束313全部或部分地引入所述至少一个第一光源210中时，允许第一光源210的光谱线变窄。
很快，也就是说在两次或三次迭代之后，第一光源210被稳定和细化。因此，可以使用第一所述至少一个第一耦合器111导出其光谱线被细化的第一信号光束315。
根据本发明的光谱窄化的可行性和再现性已在申请人的实验室中得到演示。
在该演示中，Alcatel 1905LMI型的连续商用DFB激光器，其波长峰值在1550nm，将用作与根据本发明的光谱窄化模块100相关联的光源。当然，该关联形成了根据本发明的细化光谱线装置200。
该光源以频率νp＝1550nm发射波。第一光束入射到所述至少一个第一耦合器111。导出该第一入射光束310的一部分以产生至少一个第一泵浦光束311。该光束被引入布里渊谐振器120中。
在演示中使用的布里渊谐振器120包括光纤，该光纤形成长度超过一百米的回路，并且具有对于激光源非谐振的特性，被称为泵浦激光源311。
从入射光束310的一部分产生的泵浦光束311在谐振器120中执行旋转。然而，由泵浦光束311的一部分产生的谐振光束312由于谐振光束312在该实施方式中沿泵浦光束311的相反方向传播而谐振。实际上，由于这个特性，谐振光束312从布里渊谐振器120中被提取。
根据未示出的实施方式，谐振光束312可以与泵浦光束311共同传播。集成到布里渊谐振器120(未示出)中的耦合器允许根据需要对包括在1％和50％之间的光功率进行采样。重要的是指定本发明进行操作，并且不管由布里渊谐振器120(未示出)中集成的耦合器执行的光功率的采样率如何。
通常，对于20dBm的泵浦光束311，提取的谐振光束312的功率在7dBm-12dBm的范围内。谐振光束312发射频率νb，其相对于泵浦光束312的频移为
Figure BDA0001903603180000151
这样产生的谐振光束312具有几十赫兹的优异光谱细度。
然后将谐振光束312朝向调制器130发送，在这种情况下是强度调制器130。传统上，调制器130由频率
Figure BDA0001903603180000152
的合成器调制。由此产生频率为νb±fOL的一阶谐波。
然后将该调制光束光学地引入所述至少一个第一光源。经过光谱细化和频移，该调制光束允许稳定频率并细化所述至少一个第一光源的线，在这种情况下是激光源。
使用光电二极管观察到的拍频Δν对应于泵浦光束和谐振光束之间的频率偏差。该拍频的实验光谱
Figure BDA0001903603180000153
如图1所示。
在图1的该曲线图中，其中示出了第一入射光束310和第一细化光束。第一入射光束310的线宽在2MHz的范围内，而当第一调制光束313被引入所述至少一个第一光源210中时，第一细化光束的线宽已经显著减小。
当在第二和第三实施方式中实施根据本发明的光谱窄化方法500时，光谱窄化方法500具有同时细化第一光源210和第二光源220的光谱线的优点。
当然，通过使用根据非限制性的实施方式的光谱窄化方法500，第二调制光束323被完全或部分地引入第二光源220中，以便使第二光源220的光谱线变窄。

Claims (17)

1.一种用于至少一个第一光源(210)的光谱窄化模块(100)，所述光谱窄化模块(100)包括：
-至少一个第一耦合器(111)；所述至少一个第一耦合器(111)配置为从第一入射光束(310)导出至少一个第一泵浦光束(311)，所述第一入射光束(310)源自所述至少一个第一光源(210)并被引入光谱窄化模块(100)中；
-布里渊谐振器(120)；布里渊谐振器(120)配置为从所述第一泵浦光束(311)的至少一部分产生至少一个第一谐振光束(312)；以及
-调制器(130)；调制器(130)配置为从第一谐振光束产生至少一个第一调制光束(313)；
光谱窄化模块(100)配置为将第一调制光束(313)全部或部分地引入所述至少一个第一耦合器(111)中，所述至少一个第一耦合器(111)配置为将第一调制光束(313)完全或部分地引入所述至少一个第一光源(210)中，以便窄化所述至少一个第一光源(210)的光谱线。
2.根据权利要求1所述的光谱窄化模块(100)，其中：
-所述至少一个第一耦合器(111)配置为从第二入射光束(320)导出至少一个第二泵浦光束(321)，所述第二入射光束(320)源自第二光源(220)并被引入光谱窄化模块(100)中；
-布里渊谐振器(120)配置为从第二泵浦光束的至少一部分产生第二谐振光束(322)；以及
-调制器(130)配置为从第二谐振光束(322)产生至少一个第二调制光束(323)，
光谱窄化模块(100)配置为将第二调制光束(323)全部或部分地引入所述至少一个第一耦合器(111)中，所述至少一个第一耦合器(111)配置为将第二调制光束(323)完全或部分地引入第二光源(220)中，以使第二光源(220)的光谱线变窄。
3.根据权利要求2所述的光谱窄化模块(100)，其中所述至少一个第一耦合器(111)配置为从第二入射光束(320)导出第二信号光束(325)，所述第二入射光束(320)源自第二光源(220)并被引入光谱窄化模块(100)中。
4.根据权利要求1所述的光谱窄化模块(100)，其中所述至少一个第一耦合器(111)配置为从所述第一入射光束(310)导出第一信号光束(315)，所述第一入射光束(310)源自所述至少一个第一光源(210)并被引入光谱窄化模块(100)中。
5.根据权利要求4所述的光谱窄化模块(100)，其中：
-所述至少一个第一耦合器(111)配置为从第二入射光束(320)导出至少一个第二泵浦光束(321)，所述第二入射光束(320)源自第二光源(220)并被引入光谱窄化模块(100)中；
-布里渊谐振器(120)配置为从第二泵浦光束的至少一部分产生第二谐振光束(322)；以及
-调制器(130)配置为从第二谐振光束(322)产生至少一个第二调制光束(323)，
光谱窄化模块(100)配置为将第二调制光束(323)全部或部分地引入所述至少一个第一耦合器(111)中，所述至少一个第一耦合器(111)配置为将第二调制光束(323)完全或部分地引入第二光源(220)中，以使第二光源(220)的光谱线变窄。
6.根据权利要求5所述的光谱窄化模块(100)，其中所述至少一个第一耦合器(111)配置为从第二入射光束(320)导出第二信号光束(325)，所述第二入射光束(320)源自第二光源(220)并被引入光谱窄化模块(100)中。
7.根据权利要求1所述的光谱窄化模块(100)，其中所述调制器(130)配置为从所述第一谐振光束(312)产生能够细化第二光源(220)的光谱线的第二调制光束(323)。
8.根据权利要求7所述的光谱窄化模块(100)，其包括第二耦合器(112)；第二耦合器(112)配置为将源自调制器(130)的第二调制光束(323)全部或部分地引入第二光源(220)中，以便窄化第二光源(220)的光谱线。
9.根据权利要求8所述的光谱窄化模块(100)，其中所述第二耦合器(112)配置为从第二入射光束(320)导出至少一个第二信号光束(325)，所述第二入射光束(320)源自第二光源(220)并被引入光谱窄化模块(100)中。
10.根据权利要求2-9中任一项所述的光谱窄化模块(100)，包括第三耦合器(113)，所述第三耦合器(113)配置为从源自所述至少一个第一耦合器(111)的第一信号光束(315)和源自第二耦合器(112)的第二信号光束(325)中的至少一个信号光束产生第三信号光束(335)。
11.根据权利要求10所述的光谱窄化模块(100)，其中所述第三信号光束(335)完全或部分地包括所述至少一个第一光源(210)的第一信号光束(315)和第二光源(220)的第二信号光束(325)中的至少一个信号光束，第三信号光束(335)由所述至少一个第一耦合器(111)和第三耦合器(113)中的至少一个耦合器产生。
12.一种细化光谱线装置(200)，包括至少一个根据权利要求1-11中任一项所述的光谱窄化模块(100)和与至少一个光谱窄化模块(100)相关联的至少一个第一光源(210)。
13.根据权利要求12所述的细化光谱线装置(200)，其配置为发射第一信号光束(315)或第三信号光束(335)。
14.一种用于发射第一入射光束(310)的至少一个第一光源(210)的光谱窄化方法(500)，所述光谱窄化方法(500)包括：
-导出(510)源自所述至少一个第一光源(210)的第一入射光束(310)，以产生被称为第一泵浦光束(311)的光束；
-谐振(520)被称为第一泵浦光束(311)的所述光束的至少一部分，以产生第一谐振光束；
-调制(530)第一谐振光束的至少一部分，以产生至少一个第一调制光束(313)；以及
-将所述至少一个第一调制光束(313)全部或部分地引入所述至少一个第一光源(210)中。
15.根据权利要求14所述的光谱窄化方法(500)，其中在所述调制(530)步骤期间，调制所述第一谐振光束(312)的至少一部分以便产生第二调制光束(323)。
16.根据权利要求15所述的光谱窄化方法(500)，其中在所述引入步骤期间，将所述第二调制光束(323)全部或部分地引入第二光源(220)中，以使所述第二光源(220)的光谱线变窄。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的光谱窄化方法(500)，其使用根据权利要求1-11中任一项所述的光谱窄化模块(100)，或根据权利要求12和13中任一项所述的细化光谱线装置(200)。
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