CN103825168B - 一种由掺铒锁模光纤激光器获取光梳的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种由掺铒锁模光纤激光器获取光梳的方法，该方法通过将掺铒锁模光纤激光器产生的光梳的重复频率和光梳的一个模式同时锁定在同一原子系统三能级结构上而获得具有稳定模式的光梳，从而使得频率源获取装置结构紧凑、占的物理空间较小，进而满足诸如光纤通信等应用对频率源装置便携性的要求。本发明可实现1510nm到1610nm范围内激光梳状谱线输出，该激光的时域脉冲宽度为150fs，平均功率为40mW；重复频率的长期稳定度为3E‑12，单个模式的长期稳定度为7E‑12。该指标能够满足基于光梳的通信需求，在光纤通信领域有极大的应用潜力。

Description

一种由掺铒锁模光纤激光器获取光梳的方法

技术领域

本发明涉及光纤激光器、光梳及频率传输技术领域，尤其涉及一种由掺铒光纤激光器产生光梳的方法。

背景技术

基于锁模现象的光梳已经被应用在很多领域，尤其是近期在时间同步、光纤通讯领域受到极大重视。在这些应用中，要求光梳梳齿线宽小于100KHz，并且具有足够的长期稳定性，因此如何将光梳稳定在1520-1605nm是很关键的问题，同时在技术上也是很大的挑战。现有技术一般是通过f-2f法，首先得到初始频率偏移值，然后将重复频率或者光梳的一个模式锁定在非常稳定频率源上。这样的频率源包括微波原子钟和光钟。这种方式的优点在于锁定指标高，缺点在于锁定部分占的物理空间过大，不能够满足便携要求。

发明内容

针对上述问题，本发明由掺铒锁模光纤激光器产生光梳的方法通过将重复频率和光梳的一个模式同时锁定在同一原子系统三能级结构上，使得频率源获取装置占的物理空间较小，进而满足诸如光纤通信等应用对频率源装置便携性的要求。

本发明的技术方案为：

一种由掺铒锁模光纤激光器获取光梳的方法，通过将掺铒锁模光纤激光器产生的光梳的重复频率和光梳的一个模式同时锁定在同一原子系统三能级结构上而获得，该原子系统为Λ型原子，具体包括如下步骤：

1)将掺铒锁模光纤激光器产生的光梳的重复频率锁定在Λ型原子相干布居囚禁基态的超精细能级差上，具体为如下过程：

1.1)通过高精度激光器电流源驱动VCSEL激光器，通过锁相放大器调整该VCSEL激光器产生的光波波长，将光波波长锁定在Λ型原子相干布居囚禁现象发生的吸收谱线上；

1.2)提取所述掺铒锁模光纤激光器重复频率的高次谐波，用Bias-T将掺铒锁模光纤激光器重复频率的高次谐波与上述高精度激光器电流源的驱动电路耦合，进而对上述VCSEL激光器进行调制；通过PZT调节将该高次谐波锁定在原子相干布居囚禁现象超精细分裂能级上；

2)将一根光谱的模式锁定在Λ型原子饱和吸收谱上，其过程具体如下：

2.1)通过高稳定激光电流源驱动ECDL激光器，产生一束波宽小于1MHz的中心频率在Λ型原子饱和吸收谱附近的激光；所述Λ型原子为铷泡中包含的铷；

2.2)上述激光通过一个隔离器分为两路，其中功率较小的一路通过一个铷泡，另外一路经过两次反射后从相反方向通过铷泡；通过控制驱动ECDL激光器的电流源产生的电流大小，使得ECDL激光器稳定在所述Λ型原子的饱和吸收谱上；

2.3)步骤2.2)中稳定后的激光光束与经过倍频的掺铒锁模光纤激光器产生的信号进行拍频，拍频得到的误差信号用来调节掺铒锁模光纤激光器电流，从而获得具有稳定模式的光梳。

一种实现上述掺铒锁模光纤激光器产生光梳的方法的装置，该装置包括一个产生光梳的掺铒锁模光纤激光器和一个Λ型原子系统，掺铒锁模光纤激光器产生的光梳的重复频率锁定在Λ型原子的相干布居囚禁基态的超精细能级差上，将一根光谱的模式锁定在Λ型原子的饱和吸收谱上，从而获得具有稳定模式的光梳。

本发明由掺铒锁模光纤激光器产生光梳的方法为一种结构紧凑的光梳稳定系统。该光梳由掺铒锁模光纤激光器产生，其波长范围是1510-1610nm，该频段可以广泛应用于光纤通信之中。在本系统中光梳的重复频率和光梳模式被同时锁定在一个基于相干布居囚禁现象的Λ型原子振荡器上。稳定后，光梳重复频率的长期稳定性达到3e-12，模式长期稳定性达到7e-12，该指标完全满足光纤通信的需求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

现有技术中，光梳稳定需要将重复频率和模式分别稳定在不同的基准上。这种方法不仅由于所需设备较多造成实验所需物理空间大，而且由于系统复杂引入的电学噪声和物理器件相连接造成的噪声会造成稳定度的损失。本发明的技术方案将重复频率和模式稳定在同一物理系统上，避免了这些问题，相比现有技术，不仅减少了所占空间，而且减少了系统复杂度，进而减少了锁定过程中产生的稳定度损失。本发明实现1510nm到1610nm范围内激光梳状谱线输出，该激光的时域脉冲宽度为150fs，平均功率为40mW；重复频率的长期稳定度为3E-12，单个模式的长期稳定度为7E-12。该指标能够满足基于光梳的通信需求，在光纤通信领域有极大的应用潜力。

附图说明

图1为本发明掺铒锁模光纤激光器产生光梳的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明，但不以任何方式限制本发明的范围。

通过将掺铒锁模光纤激光器产生的光学频率梳的重复频率锁定在了铷原子CPT的超精细能级差上，同时将一根光谱的模式锁定在该原子的饱和吸收谱上来获得稳定光梳。本发明的技术方案将重复频率和模式稳定在同一物理系统上，减少了装置所占空间，可满足便携要求。

如图1所示，利用高精度激光器电流源驱动VCSEL激光器，调整其产生的光波波长大约等于Λ型原子相干布居囚禁现象发生的吸收谱线。同时提取锁模激光器重复频率的高次谐波，用Bias-T将之与电流源驱动电路耦合，进而对VCSEL进行调制；将VCSEL经过调制后产生的光频信号入射到充有缓冲气体的Λ型原子气室；穿过Λ型原子气室后的出射光经光电探测器探测，转化为电信号；得到的电信号分为两路，一路经过锁相放大器将一个锁相放大器将光频Λ型原子相干布居囚禁现象发生的吸收谱线。其锁定带宽为125kHz，增益为10dB。另外一路通过PZT调节将锁模激光器重复频率的高次谐波锁定在等于Λ型原子相干布居囚禁现象超精细分裂能级上，其锁定带宽为125kHz，增益为20dB。

在此之后，用高稳定的激光电流源驱动ECDL激光器产生一束波宽小于MHz的中心频率在Λ型原子饱和吸收谱附近的激光；该激光通过一个隔离器分为两路，功率之比为1：19；将功率较小的一束光通过Λ型原子气室，另外一束光经过两次反射后从相反方向通过Λ型原子气室；通过光电探测器，将通过Λ型原子气室的功率较小的光探测下来，转换为电信号；用一个锁模激光器用来对该电信号进行监视，利用该电信号的变化控制驱动激光器的电流源产生的电流大小，进而将ECDL激光器稳定在Λ型原子饱和吸收谱上；稳定后的激光光束与经过倍频的锁模激光器产生的信号进行拍频，拍频得到的误差信号用来调节锁模激光器电流和PZT，进而实现模式的稳定。进行模式稳定所用的伺服环路由一个高精度数字锁相环实现。该锁相环的频率分辨率为10kHz，带宽为100Hz。

本发明实现了1510nm到1610nm范围内激光梳状谱线输出；该激光的时域脉冲宽度为150fs，平均功率为40mW；重复频率的长期稳定度为3E-12，单个模式的长期稳定度为7E-12。该指标能够满足基于光梳的通信需求，在光纤通信领域有极大的应用潜力。

Claims (2)

1.一种由掺铒锁模光纤激光器获取光梳的方法，其特征是，所述方法通过将由掺铒锁模光纤激光器产生光梳的重复频率和所述光梳的一个模式同时锁定在同一个原子系统三能级结构上来获得具有稳定模式的光梳，包括如下步骤：

1)将掺铒锁模光纤激光器产生的光梳的重复频率锁定在Λ型原子相干布居囚禁基态的超精细能级差上，具体为如下过程：

1.1)通过高精度激光器电流源驱动VCSEL激光器，通过锁相放大器调整所述VCSEL激光器产生的光波波长，将所述VCSEL激光器的光波波长定在Λ型原子相干布居囚禁现象发生的吸收谱线上；

1.2)提取所述掺铒锁模光纤激光器重复频率的高次谐波，用Bias-T将所述掺铒锁模光纤激光器重复频率的高次谐波与上述高精度激光器电流源的驱动电路耦合，进而对上述VCSEL激光器进行调制；通过PZT调节将该高次谐波锁定在原子相干布居囚禁现象超精细分裂能级上；

2)将所述光梳的一个模式锁定在Λ型原子饱和吸收谱上，其过程具体如下：

2.1)通过高稳定激光电流源驱动ECDL激光器，产生一束波宽小于1MHz的中心频率在Λ型原子饱和吸收谱附近的激光；所述Λ型原子为铷泡中包含的铷；

2.2)上述激光通过一个隔离器分为两路，其中功率较小的一路通过一个铷泡，另外一路经过两次反射后从相反方向通过铷泡；通过控制驱动ECDL激光器的电流源产生的电流大小，使得ECDL激光器稳定在所述Λ型原子的饱和吸收谱上；

2.3)将步骤2.2)中稳定后的激光光束与经过倍频的所述掺铒锁模光纤激光器产生的信号进行拍频，拍频得到的误差信号用来调节所述掺铒锁模光纤激光器电流，从而获得具有稳定模式的光梳。

2.如权利要求1所述由掺铒锁模光纤激光器获取光梳的方法，其特征是，所述由掺铒锁模光纤激光器产生的光梳的波长范围为1510-1610nm。