CN105700271A - 使用细和粗光频梳的光学合成器调谐 - Google Patents

使用细和粗光频梳的光学合成器调谐 Download PDF

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Abstract

使用细和粗光频梳的光学合成器调谐。本文的实施例提供了包括粗光频梳，细光频梳，和输出激光器的光频合成器。粗梳用第一泵浦激光器泵浦，并且设置了粗光频梳的至少一个齿的绝对频率。细梳用第二泵浦激光器泵浦，并且具有被锁定至射频参考的分数或整数倍的齿之间的频率间距。最初，所述第二泵浦激光器被锁定至粗光频梳的第一齿。光频合成器可通过扫描第二泵浦激光器并将第二泵浦激光器锁定至所期望的齿来调谐。然后可以在第二泵被锁定至期望的齿之后基于细梳的齿用输出激光器来生成输出信号。

Description

使用细和粗光频梳的光学合成器调谐
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年5月7日提交的美国临时专利申请序号61/990,023的权益，其特此通过引用并入本文。
背景技术
准确的、可调谐的光学合成在中和废水(standoffeffluent)表征，高带宽及安全通信，光谱学，气体感测，激光雷达，光学载波原子钟，以及原子和光机械惯性传感器方面具有潜在的应用。由于尺寸、成本和功率要求，当前技术水平的光学合成器被限制到实验室使用。
在宽范围内(例如1530-1565nm的C波段光通信范围)实现准确和稳定光输出的光学合成器具有被锁定到高度稳定和准确的光学参考的输出光，具有射频(RF)域中的反馈控制。对于大尺度光学合成器，基于钛-蓝宝石或基于光纤激光器的飞秒锁模激光源的自参考光频梳被用来将光输出参考到微波输入，能够实现光学合成。这些设备是商售的，如冰箱一样大，并且使用大量的功率。
在过去的几年中已进行了大量的努力来开发基于微谐振器的自参考光频梳，其使用比基于传统锁模激光器的光频梳更少得多的功率进行操作。然而，光频梳由光学干涉仪中的自参考进行操作。这尚未使用微谐振器实现，因为在用超过1瓦的激光功率同时地被激发时没有能力来用细梳齿间距控制微谐振器，其被用来创建足够宽的梳(例如，倍频程跨越)以进行自参考。
发明内容
本文的实施例提供一种光频合成器，包括粗光频梳，细光频梳，和输出激光器。粗光频梳被用第一泵浦激光器泵浦，并且设置了粗光频梳中的至少一个齿的绝对频率。细光频梳被用第二泵浦激光器泵浦并且具有被锁定到射频参考的分数或整数倍的齿之间的频率间距。最初，第二泵浦激光器被锁定到粗光频梳的第一齿。光频合成器可通过扫描第二泵浦激光器到接近粗光频梳的期望的齿，并且锁定第二泵浦激光器到期望的齿来调谐。然后，在第二泵被锁定至期望的齿之后，输出信号可以基于细光频梳的齿用输出激光器生成。
附图说明
应理解的是附图仅描绘示例，并且因此不应被认为是在范围方面的限制，将通过使用附图来用另外的特征及细节描述示例，其中：
图1是图示出基于两个光频梳的示例光频合成器的图。
图2是图示出光频合成器的示例输出连同两个光频梳的示例输出的图。
图3是用于如果两个光频梳未被相互参考则调谐图1的合成器的示例方法的流程图。
图4是用于如果两个光频梳被相互参考则调谐图1的合成器的示例方法的流程图。
根据一般惯例，各种描述的特征未按比例绘制，而是被绘制成强调与示例相关的特定特征。在各种图中的相似的参考数字和标记指示类似的元件。
具体实施方式
本文描述的主题提供基于两个光频梳的光频合成器。在降低了激光功率要求的情况下所述光频合成器在宽的调谐范围内具有细调谐分辨率。
图1是图示出此类光频合成器10的示例的图。光频合成器10包括细光频梳(FC)102和粗光频梳(CC)104。FC102具有相对细的间距，而CC104具有相当地粗的间距。所述合成器10还包括处理设备12(例如，微处理器)和输出激光器20。
在示例中，FC102可以通过用第一泵浦激光器22泵浦用于FC102的第一谐振器28(例如，微谐振器)而生成，并且CC104可以通过用第二泵浦激光器24泵浦第二谐振器30而生成。在替代示例中，FC102可以通过将来自第一泵浦激光器22的信号提供到调制器而生成。在另一示例中，FC102可以通过将来自第一泵浦激光器22的信号提供到调制器，并且将来自调制器的输出提供到谐振器来生成。
图2是图示出输出激光器20的示例输出光26，FC102和CC104的图。设置了CC104的频率偏移。在示例中，频率偏移通过自参考CC104的两个齿而被设置。如已知的，为了能够实现此类自参考，CC104跨越光学倍频程。例如，在CC104中存在许多对的齿(n1，n2)，其可满足关系2*频率(n1)大约等于频率(n2)(即，倍频程分开的一齿对)。每个齿的光频可以写成频率(n1)＝fo+n2*CCS。如果n1齿在非线性介质中加倍，并且用n2齿进行外差拍音(beatnote)，则可以处理该拍音以识别频率偏移。在最坏的情况下，频率偏移可与CCS/2一样大，其可能频率太高而不能用光接收器直接检测到。因此，如果自参考拍音频率在检测器的带宽之外，则没有拍音将被观察到。如果没有观察到拍音，则用于FC102和CC104的泵浦激光器22，24可以被扫描(向上和/或向下)以找到拍音，但是不需要被扫描超过1/2*CCS108。可以用处理设备12和适当的检测器来检测拍音。然后处理设备12可以将信号发送到泵浦激光器22，24来调整泵浦激光器22，24的频率以便在所期望的点处设置频率偏移。在替代示例中，替代使用自参考干涉仪，通过参考泵22，24(即，CC104的m0齿)到另一个足够稳定的激光器来设置频率偏移，诸如光学原子钟的输出。
在示例中，CC104是独立地稳定的，以使得CC104的齿的绝对频率是已知的。在另一示例中，CC104可以通过在CC104与FC104之间形成互锁来稳定。此类互锁在下面被更详细地解释。
在一个示例中，射频参考被用来直接地调制细梳泵浦激光器22，创建具有等于RF参考的分数或整数倍的FCS106的FC102。在另一示例中，FCS106被使用射频电子装置进行检测，并被通过细梳谐振器自由光谱范围的闭环控制稳定到射频参考。FC102的FCS106被选择为足够小，从而该FCS106可以基于锁定FCS106至稳定的RF参考而在所期望的误差范围内。在示例中，稳定的RF参考处在10MHz，且FCS106是基于10MHz的分数或整数倍(诸如20GHz)而被生成。
FC102的第一齿110可以被锁定至CC104的第二齿112。在示例中，第一齿110可通过控制第二泵浦激光器24使得第二泵浦激光器24被锁定至所述第一泵浦激光器22而被锁定至CC104的第二齿112。特别地，处理设备12连同适当的检测器可以被配置成检测第一泵浦激光器22与第二泵浦激光器24之间的频率的差异，并且基于其来控制第二泵浦激光器24以将第二泵浦激光器24锁定到第一泵浦激光器24。当FC102和CC104被锁定至彼此锁定的泵浦激光器时，FC102和CC104中的至少一个齿将处于泵浦激光器22，24的频率。在示例中，那些齿频率中的两个是FC102的第一齿110(例如，中心齿“n0”)和CC104的第二齿112(例如，中心齿“m0”)。
在FC102的中心齿被锁定至CC104的中心齿的情况下，FC102的齿的绝对频率是已知的。因此，输出信号26可以基于FC102的齿而生成。为了生成此类输出信号26，处理设备12被耦合到输出激光器20和FC102，使得处理设备12可以检测来自输出激光器12的光26与FC102的被选择的齿之间的频率差异。处理设备12还被设置成控制输出激光器20以由此调整光26的频率。在示例中，处理设备12是直接数字合成器(DDS)，其基于外部RF参考信号在微波波段中进行操作。
在操作中，处理设备12接收信号，其指示用于来自输出激光器20的光26的期望的输出频率。此信号可以被从任何适当的源接收，例如，接收来自人的输入的较高水平的计算系统。处理设备12选择在期望的输出频率附近的FC102的齿16。在示例中，处理设备12选择最接近期望的输出频率的FC102的齿16。然后，处理设备12检测FC102的被选择的齿16与来自输出激光器20的光26的频率之间的频率差异。基于被检测的频率差异，处理设备12控制输出激光器20，使得光26被设置在期望的输出频率处。特别地，处理设备12控制输出激光器20，使得来自那里的光26被设置在远离FC102的被选择的齿16的光学偏移频率锁(OOFL)处，其中光学偏移频率等于期望的输出频率和FC102的被选择的齿16的频率之间的差异。特别地，处理设备12可以生成被发送到输出激光器20的频率信号，并且由输出激光器20生成的光26的频率是基于从处理设备12(例如，DDS)所接收的信号的频率。从处理设备12(例如，DDS)发送的用以控制输出激光器20的信号的频率在本文被称为增量(delta)频率。
基于指示用于输出光26的期望的输出频率的接收的输入信号，处理设备12可以通过调整增量频率和/或FC102的哪个齿被选择来控制光26的频率。在示例中，FCS106被设置成20GHz或更小，以便与处理设备12(例如，DDS)的调谐范围匹配。在示例中，增量频率被设置成在0Hz与FCS106之间的频率，其可以使用处理设备12(例如，DDS)以亚赫兹(sub-hertz)准确度来实现。
在示例中，CCS108至少是FCS106的10倍。频率间距的此类差异为光学合成器10提供了基于CCS108的宽的整体频率范围，和基于FCS106的细频率分辨率，其具有相对低的功率要求。在此示例的实施方式中，CCS108至少是FCS106的50倍。
图2是调谐光频合成器10的示例性方法200的流程图。特别地，方法200用于在比FC102的范围更宽的范围中调谐光频合成器10。方法200使光频合成器10的调谐实现在基于CC104的宽范围中，具有基于FC102的细分辨率。
如上面讨论的，第一泵22最初可以锁定至CC104的第二泵24，其锁定第一泵22至CC104的中心齿。此锁定导致用于FC102的频率范围为CC104的中心齿的频率加上和减去FC102的频率范围的一半。如果所得到的FC102的范围不与输出激光器20的所期望的频率重叠，则方法200可被用来移动FC102的齿的频率范围，使得输出激光器20的所期望的输出频率在FC102的频率范围内。
为了移动FC102的齿的频率范围，FC102的第一泵22被锁定至CC104的不同的齿，其中那个不同的(所期望的)齿是接近输出激光器20的所期望的频率的齿。在示例中，第一泵22被锁定至最接近输出激光器20的所期望的频率的CC104的齿。第一泵22可以通过朝着不同的齿扫描第一泵22(块202)，然后锁定所述第一泵22至那个不同的齿(块204)而被锁定至不同的齿。一个或多个递增扫描和锁定可以被用来将第一泵22移动到如下面讨论的不同的齿。如果不同的齿比CC104的中心齿更高，则第一泵22被向下扫描。如果不同的齿比中心齿更低，则CC104被向上扫描。
在示例中，第一泵22通过递增地锁定第一泵22至CC104的每个相邻齿而被从CC104的中心齿移动至所期望的齿，一个接一个地，以将第一泵22从CC104的中心齿步进至所期望的齿。例如，如果所期望的齿是CC104的n-3齿，则第一泵22可以首先被从中心齿(CC104的n0到CC104的n-1齿扫描，并被锁定至n1齿。在锁定至n-1齿之后，第一泵22可以被从CC104的n1齿至n-2齿扫描，并被锁定至n-2齿。在锁定到n-2齿之后，第一泵220可以被从n-2齿到n-3齿扫描并被锁定至n-3齿。
在替代示例中，第一泵22被从CC104的中心齿直接地扫描到所期望的齿。例如，如果所期望的齿是CC104的n3齿，则第一泵22可以从中心齿经过n1和n-2齿而直接地到n-3齿被扫描。在此替代示例的实施方式中，在第一泵22在从中心齿到期望的齿的扫描期间经过CC104的齿时，可以通过对CC104的齿进行计数来确定第一泵22何时接近CC104的期望的齿。在扫描FC102时，可以通过检测从FC102与CC104的混合所得到的拍音来识别第一泵22经过的齿。在一些实施方式中，可以在扫描期间避开FC102的边频带以更加容易地识别此类拍音。在任何情况下，FC102经过的每个齿将创建相应的拍音，并且可对这些拍音中的每个进行计数以确定FC102已经被扫描经过多少齿。这样，在FC102被扫描时，可以对从中心齿到所期望的齿的齿进行计数以识别FC102何时接近所期望的齿。
用于移动第一泵22的这些过程中的任一个可被用来将第一泵22从CC104的任何齿移动到CC104的任何其它齿。也就是说，上面的过程并未被限制到从中心齿开始。
为了从CC104的第一齿(例如，中心齿)向CC104的第二齿(例如，n-3齿)扫描第一泵22，可以基于CC104的调谐特性以开环的方式对第一泵22进行初始扫描以接近CC104的第二齿。当第一泵22接近CC104的第二齿时，可用光电检测器来检测FC102和CC104之间的拍音。然后伺服环路可基于拍音被用来将第一泵22锁定至CC104的第二齿。可以基于第一泵22以开环方式可被调谐的准确程度并基于其中第一泵22在单个扫描中被调谐的最大频率范围来选择伺服环路的捕获范围和检测带宽。例如，如果第一泵22通过递增地锁定至如前文所讨论的每个相邻齿而被移动到CC104的期望的齿，则其中第一泵22被调谐的最大的频率范围等于CCS108。在其中通过忽视(passover)当前齿与所期望的齿之间的齿而使第一泵22被直接扫描至所期望的齿的示例中，其中第一泵22被调谐的最大的频率范围可能更大得多。因此，在其中第一泵22被直接扫描至所期望的齿的示例中，将可能使用更大的检测带宽和/或捕获范围。
在示例中，第一泵22通过递增地锁定第一泵22至每个相邻齿而被移动，并且检测带宽和伺服环路的捕获范围不和FC102的FCS106一样大。在此类示例的实施方式中，第一泵22的调谐特性被足够了解从而以开环的方式调谐到下一个相邻齿的1Ghz内，并且伺服环路的检测带宽为约1Ghz。
一旦FC102被锁定至CC104的期望的齿，则FC102的齿从CC104的期望的齿加上和减去FC102的齿的频率范围的一半来跨越。然后，FC102的期望的齿16可以被选择并连同由处理设备12所产生的增量频率14被使用(块206)，以便生成如前文所讨论的所期望的OOFL(块208)。
使用此方法200，OOFL18能够被调谐至CC104的范围内的任何地方，同时具有基于FC102的调谐分辨率。因为生成光学梳所要求的功率随着齿数的增加而增加，所以使用FC102和CC104可以减少生成用于光学合成器10的此类调谐范围和分辨率所要求的光功率，因为单个光频梳不需要实现宽的输出范围和窄的齿间距两者。
如上面提到的，在一些示例中，CC104可以通过在CC104和FC102之间形成互锁而被稳定。此类互锁在本文被称为相互参考的光频梳。相互参考FC102和CC104允许程序清楚地识别细梳齿频，而不要求以细齿间距的准确度来已知泵浦激光波长。在题为“Mutually-ReferencedOpticalFrequencyCombs”，代理人档案号为H0045517的美国专利申请号14/549,359中提供了此类相互参考梳的示例，其在此通过引用并入本文。
在此类相互参考的光频梳中，FC102具有锁定至RF参考的整数或分数倍的FCS106，并且如前文讨论的，FC102的第一齿被锁定至CC104的第二齿。然而，除了上文讨论的内容之外，CC104的CCS108被锁定至FCS106的整数倍。在示例中，FCS106是20GHz且整数倍是50，使得CCS108为1000GHz。FCS106和CCS108的宽度被选择成使得FC102的齿至少跨越CCS108的宽度以能够实现此类锁定。
可以通过将CC104的第三齿(例如，n-1)116锁定至FC102的第四齿(例如，n-m)而将CCS108锁定至FCS106的整数倍。如本文所使用的，“±X”是指示远离中心齿“n0”的齿数和方向的数字，其中，‘X’被用数字替代。因此，“n1”齿是在到中心齿“n0”的负方向上邻近的齿。类以地，“n-m”齿是在负方向上远离中心齿“n0”为“M”的齿。通过将第三齿116锁定至第四齿118连同将第二齿112锁定至第一齿110，CCS108被锁定至FCS106的整数倍。在示例中，第三齿116是到第二齿108相邻的齿，使得第三齿116通过CCS108与第二齿分开。在示例中，第三齿116是通过设置用于CC104的谐振器的自由光谱范围(FSR)，使得FC102的输出和CC104的输出之间的拍频对应于第三齿116与第四齿118对准而被锁定至第四齿118。
在示例中，第三齿116可通过扫描用于CC104的谐振器30的FSR而被锁定至第四齿118。第四齿118可以从允许锁定至第三齿116的FC102的任何期望的齿中被选择。谐振器30的FSR可被扫描，例如，通过温度调谐腔长度或通过其它的方式。在谐振器30的FSR被扫描时，监测在FC102和CC104之间的光学拍音的射频，f(节拍)。
扫描谐振器30的FSR引起CCS108变化。随着CC104的齿m0(例如，第二齿112)被锁定至FC102的齿n0(例如，第一齿110)，CC104的齿m1(例如，第三齿116)跨FC102的n1，n2，n3等齿移动。随着CCS108相对于FC102变化，然后可以基于FC102和CC104之间的拍音的频率变化的速率来将m1齿116锁定至FC102的任何齿(n1，n2，n3等)。特别地，随着m1齿116跨FC102的齿扫描，监测拍音的竞争率(RR)，
在示例中，竞争率可以通过向FCS106施加小的抖动来监测。FCS106的抖动在FC102和CC104之间的拍音上生成锯齿形状。竞争率是拍音中锯齿形状的向下边缘的斜率。竞争率具有成比例地取决于n0齿110和CC104的m1齿116正在其上干涉以创建拍音的FC102的齿(n1，n2，n3等)之间的齿数的值。特别地，竞争率移动得越接近无穷大(垂直斜率)，则与CC104的m1齿116进行干涉的FC102的齿(n1，n2，n3等)越远离n0齿110。基于此现象，可以确定CC104的m1齿116何时与其中其希望将m1齿锁定到的FC102的齿(第四齿)118重叠。特别地，对于取决于抖动FCS106的方法的某个常数b，RR＝b·q。当m1齿116与所期望的(第四)齿118重叠时，竞争率等于用于第四齿118的预定值。在那时，可雇佣(engage)伺服环路，其保持CC104的谐振器30的FSR将第三齿116锁定至第四齿118。一旦发生这个，CC104的所有的齿被FCS106的整数倍隔开。特别地，这可以在不必检测具有CCS108的频率的拍音的情况下完成。
第一齿110和第二齿112之间的锁定，FCS106和RF参考之间的锁定，第三齿116和第四齿118之间的锁定，以及CC104的自参考锁定都被同时地保持以提供相互参考的梳。通过将第一齿110锁定至第二齿112并且通过将FCS106锁定至CCS108，可以设置FC102的频率偏移，即使FC102并未通过设置CC104的频率偏移而跨越光学倍频程，其借助于FC102被锁定至CC104而自动地设置FC102的频率偏移。特别地，FC102和CC14输出与泵浦激光器22，24一致的滑动(向上和/或向下)，其被锁定在一起。CCS108并未在这个发生时改变，因为其被锁定至FCS106的整数倍。这样，可设置(例如，调整)FC102的频率偏移，即使FC102可能并未跨越光学倍频程。
当使用相互参考的光频梳时，可以以与前文所讨论的相同的方式来完成在FC102的范围内对输出激光器20的调谐。也就是说，输出激光器20的频率可以通过连同由处理设备12产生的增量频率来选择FC104的期望的齿16而被选择，以便生成所期望的OOFL。
可以通过引导(bootstrap)锁定用于FC102的第一泵22到CC104的任何所期望的齿，然后使用FC102的任何期望的齿以产生OOFL来完成在宽范围内对输出激光器210的调谐。这类似于上文所讨论的方法200。
图3是当使用相互参考的光频梳时，用于调谐光频合成器10的示例方法300的流程图。与方法200类似，首先，第一泵22可被锁定至CC104的第二泵24，其将第一泵22锁定至CC104的中心齿。
为了移动FC102的齿的频率范围，如上文关于使用非相互参考的光学梳的合成器10所讨论的，FC102的第一泵22被锁定至CC104的不同的齿。在使用相互参考的光学梳的合成器10中，用于锁定FC102的第一泵22至CC104的不同的齿的过程与针对非相互参考的光学梳所描述的过程略有不同。特别地，因为在相互参考的光学梳中，CC104的频率间距(CCS)108被锁定至FC102的频率间距(FCS)106的倍数，所以FC102不能以上面所讨论的方式被扫描到不同的齿。
因此，为了移动与CC104相互参考的FC102的齿的频率范围，对将CCS108锁定至FCS106的倍数的伺服环路的控制参数进行采样并保持(块302)，其从FCS106解锁(de-locks)。在其中通过锁定CC104的第三齿116至FC102的第四齿118而使CCS108被锁定至FCS106的上面所描述的示例中，对锁定第三齿116至第四齿118的伺服环路进行采样并保持，其从第四齿118解锁第三齿116。
虽然用于CCS108的伺服环路被采样并保持，第一泵22被扫描至CC104的期望的齿(块304)并以关于非相互参考的光学梳的上文所讨论的任何方式被锁定至所期望的齿(块306)。例如，通过递增扫描和锁定第一泵22至每个相邻的齿，或通过将第一泵22直接地扫描至所期望的齿，第一泵22可以从CC104的中心齿被移动到所期望的齿。一旦第一泵22被锁定至CC104的期望的齿，则CCS108可以以下文所讨论的方式被重新锁定至FCS106(块308)，其重新建立了CC104和FC102之间的相互参考。
在其中第一泵22通过递增锁定至每个相邻齿而被移动的示例中，在第一泵22被锁定至那个相应的齿之后，用于CC104的CCS108的伺服环路可以被重新锁定至每个相邻齿。在其中将CCS108锁定至FCS106包括将第三齿116锁定至第四齿118的示例中，重新锁定CCS108至FCS106包括将对第三齿116相邻的齿锁定至第四齿118。也就是说，因为FC102已经被移动成CC104向上或向下一个齿，所以对第三齿116相邻的齿应该被用第四齿118锁定以保持与在FC102的移动之前相同的CCS108的关系。例如，如果FC102的中心齿被最初锁定至CC104的中心齿并且CC104的n-1齿被最初锁定至FC102的n-m齿，在扫描第一泵22使得FC102的中心齿被锁定至CC104的n-1齿之后，通过锁定CC104的n-2齿(对n-2齿的相邻的齿)至FC102的n-m齿来重新锁定CCS108。特别地，用于重新锁定的对第三齿116的相邻的齿是在与第一泵22的扫描的方向相同的方向上的相邻的齿。
一旦CCS108被重新锁定至FCS106，则用于CCS108的伺服环路可以再次被采样和保持，这再次将CCS108从FCS106解锁。虽然伺服环路被采样和保持，但是第一泵22可以再次从当前齿被扫描至下一个相邻的齿。一旦第一泵22被锁定至下一个相邻的齿，则如上面讨论的，CCS108可以再次被重新锁定至FCS106。重复此过程，直到FC102已逐渐增加到CC104所期望的齿，使得第一泵22被锁定至所期望的齿。一旦第一泵22被锁定至CC104所期望的齿，则CCS108可以以上文所讨论的方式被重新锁定至FCS106，其再次相互参考CC104与FC102。
在其中第一泵22被直接地扫描至CC104所期望的齿的示例中，第一泵22可以以关于非相互参考的光学梳的上文所讨论的任何方式被扫描。一旦第一泵22被锁定至CC104所期望的齿，则CC104的CCS108可以以上文所讨论的方式被重新锁定至FCS106，除了被锁定到FC102的第四齿118的CC104的齿是远离第三齿116M齿的齿，其中M是在扫描之前所期望的齿(第一泵22被锁定到的齿)远离第一泵22被锁定到的齿的齿数。这样，在扫描之后保持了与在扫描之前相同的CCS108至FCS106的关系。
一旦FC102和CC104相互参考并且第一泵22被锁定至CC104的所期望的齿，则可以选择FC102的所期望的齿16并连同由处理设备12产生的增量频率来被使用(块310)，以便生成如上文所讨论的所期望的OOFL(块312)。
示例实施例
示例1包括光频合成器，其包括：用第一泵浦激光器泵浦的粗光频梳，其中设置了粗光频梳的至少一个齿的绝对频率；具有齿之间的频率间距的细光频梳，其被锁定到射频参考的分数或整数倍，所述细光频梳用第二泵浦激光器泵浦，其中第二泵浦激光器被最初锁定至粗光频梳的第一齿；和输出激光器；其中光频合成器被配置成：扫描第二泵浦激光器至接近粗光频梳的所期望的齿；锁定第二泵浦激光器至所期望的齿；并在第二泵被锁定至所期望的齿之后基于细光频梳的齿用输出激光器生成输出信号。
示例2包括示例1的光频合成器，其中，光频合成器被配置成针对第一齿和期望的齿之间的每个齿来重复第二泵浦激光器的扫描和锁定，以使第二泵浦激光器从第一齿递增步进到所期望的齿。
示例3包括示例1的光频合成器，其中，扫描第二泵浦激光器包括从第一齿扫描第二泵浦激光器，并且在扫描第二泵浦激光器时，对第二泵浦激光器经过的粗光频梳的任何齿进行计数，并且基于扫描期间已经经过的齿数来确定第二泵浦激光器接近所期望的齿。
示例4包括示例3的光频合成器，其中，对任何齿的计数包括通过检测从细光频梳与粗光频梳的混合所得到的拍音来识别任何齿。
示例5包括示例4的光频合成器，其中，所述光频合成器被配置成在混合期间避开细光频梳的边频带。
示例6包括示例1-5的任何一个的光频合成器，其中，粗光频梳的第三齿被用伺服环路最初锁定至细光频梳的第四齿，使得细光频梳和粗光频梳是相互参考的，其中光频合成器被配置成：在扫描和锁定第二泵浦激光器至第二齿之前，对伺服环路进行采样和保持；以及在将第二泵浦激光器锁定至期望的齿之后，重新锁定粗光频梳的第五齿至细光频梳的第四齿，其中，第五齿离开期望的齿的齿数与第三齿离开第一齿的相等。
示例7包括示例6的光频合成器，其中光频合成器被配置成：针对第一齿和所期望的齿之间的每个齿，重复采样和保持，扫描和锁定第二泵浦激光器以使第二泵浦激光器从第一齿递增步进到所期望的齿；并且在第二泵到第一齿和所期望齿之间的每个相应齿的每个相应的锁定之后，重新锁定粗光频梳的齿至细光频梳的第四齿，其中，粗光频梳的齿是离开第二泵被锁定到的相应的齿的齿数与第三齿离开第一齿的相等的齿。
示例8包括示例6-7的任何一个的光频合成器，其中，第三齿是通过设置用于粗光频梳的谐振器的自由光谱范围(FSR)，使得在细光频梳与粗光频梳的混合之间的拍频对应于第三齿与第四齿对准而被锁定至第四齿。
示例9包括示例1-8的任何一个的光频合成器，其中粗光频梳的频率间距是细光频梳的频率间距的至少10倍。
示例10包括示例1-9的任何一项的光频合成器，其中细光频梳并未跨越倍频程。
示例11包括示例1-10的任何一项的光频合成器，其中，射频参考是从谐振器的参数播种(parametricseeding)或谐振器的闭环伺服控制之一导出的。
示例12包括一种调谐光频合成器的方法，该方法包括：提供用第一泵浦激光器泵浦的粗光频梳，其中，设置了粗光频梳的至少一个齿的绝对频率；提供具有齿之间的频率间距的细光频梳，其被锁定到射频参考的分数或整数倍，所述细光频梳用第二泵浦激光器泵浦，其中第二泵浦激光器被最初锁定至粗光频梳的第一齿；扫描第二泵浦激光器到接近粗光频梳的期望的齿；锁定第二泵浦激光器至所期望的齿；并且在第二泵被锁定至所期望的齿之后，基于细光频梳的齿生成输出信号。
示例13包括示例12的方法，包括：针对第一齿和所期望的齿之间的每个齿来重复第二泵浦激光器的扫描和锁定，以使第二泵浦激光器从第一齿递增步进至所期望的齿。
示例14包括示例12的方法，其中扫描第二泵浦激光器包括从第一齿扫描第二泵浦激光器，并且在扫描第二泵浦激光器时，对第二泵浦激光器经过的粗光频梳的任何齿进行计数，并且基于扫描期间已经经过的齿数来确定第二泵浦激光器接近所期望的齿。
示例15包括示例14的方法，其中，对任何齿的计数包括通过检测从细光频梳与粗光频梳的混合所得到的拍音来识别任何齿。
示例16包括示例15的方法，包括在混合期间避开细光频梳的边频带。
示例17包括示例12-16的任何一个的方法，其中，粗光频梳的第三齿被用伺服环路最初锁定至细光频梳的第四齿，使得细光频梳和粗光频梳是相互参考的，所述方法包括：在扫描和锁定第二泵浦激光器至第二齿之前，对伺服环路进行采样和保持；并且在将第二泵浦激光器锁定至所期望的齿之后，重新锁定粗光频梳的第五齿至细光频梳的第四齿，其中，第五齿离开所期望的齿的齿数与第三齿离开第一齿的相等。
示例18包括示例17的方法，包括：针对第一齿和所期望的齿之间的每个齿，重复采样和保持，扫描和锁定第二泵浦激光器，以使第二泵浦激光器从第一齿递增步进至所期望的齿；并且在第二泵至第一齿和所期望的齿之间的每个相应的齿的每个相应的锁定之后，重新锁定粗光频梳的齿至细光频梳的第四齿，其中粗光频梳的齿是离开第二泵被锁定到的相应的齿的齿数与第三齿离开第一齿的相等的齿。
示例19包括一种调谐光频合成器的方法，所述方法包括：提供粗光频梳，其具有通过自参考粗光频梳的两个齿而设置的频率偏移，粗光频梳被用第一泵浦激光器泵浦；提供具有齿之间的频率间距的细光频梳，其被锁定到射频参考的分数或整数倍，细光频梳被用第二泵浦激光器泵浦，其中第二泵浦激光器被最初锁定至粗光频梳的第一齿；其中粗光频梳的频率间距用伺服环路被初始锁定至细光频梳的频率间距的倍数；对伺服环路进行采样和保持；在伺服环路在被保持时：扫描第二泵浦激光器至与粗光频梳的先前被锁定的齿相邻的齿，其中先前被锁定的齿是在伺服环路被采样和保持时第二泵浦激光器被锁定到的齿，其中，相邻的齿是在朝着所期望的齿的方向上的齿；并且锁定第二泵浦激光器到相邻的齿；在将第二泵浦激光器锁定至相邻的齿之后，用伺服环路重新锁定粗光频梳的频率间距到细光频梳的频率间距的倍数；如果相邻的齿不是所期望的齿时，重复采样和保持，扫描，锁定第二泵浦激光器，并且重新锁定频率间距直至相邻的齿为所期望的齿；并且如果相邻的齿是所期望的齿，则在第二泵被锁定至所期望的齿并且粗光频梳的频率间距被锁定至细光频梳的频率间距的倍数之后，基于细光频梳的齿生成输出信号。
示例20包括示例19的方法，其中粗光频梳的频率间距通过用伺服环路将粗光频梳的第三齿锁定至细光频梳的第四齿而被初始锁定至细光频梳的频率间距的倍数，其中重新锁定粗光频梳的频率间距到细光频梳的频率间距的倍数包括用伺服环路将与粗光频梳的第二个先前被锁定的齿相邻的齿锁定至细光频梳的第四齿，其中第二个先前被锁定的齿是当伺服环路被采样和保持时被锁定至第四齿的齿。

Claims (3)

1.一种调谐光频合成器的方法(200，300)，该方法包括：
提供用第一泵浦激光器泵浦的粗光频梳，其中，设置了粗光频梳的至少一个齿的绝对频率；
提供具有齿之间的频率间距的细光频梳，其被锁定至射频参考的分数或整数倍，所述细光频梳用第二泵浦激光器泵浦，其中，所述第二泵浦激光器被最初锁定至粗光频梳的第一齿；
扫描(202，304)第二泵浦激光器至接近粗光频梳的期望的齿；
锁定(204，306)第二泵浦激光器至期望的齿；以及
在第二泵被锁定至期望的齿之后，基于细光频梳的齿生成(208，312)输出信号。
2.权利要求1所述的方法(300)，其中，粗光频梳的第三齿用伺服环路被最初锁定至细光频梳的第四齿，使得细光频梳和粗光频梳是相互参考的，所述方法包括：
在扫描和锁定第二泵浦激光器至期望的齿之前，对伺服环路进行采样和保持(302)；以及
在将第二泵浦激光器锁定至期望的齿之后，重新锁定(308)粗光频梳的第五齿至细光频梳的第四齿，其中所述第五齿离开所期望的齿的齿数与第三齿离开第一齿的相等。
3.权利要求2所述的方法(300)，包括：
针对第一齿和所期望的齿之间的每个齿，重复采样和保持(302)，扫描和锁定(304)第二泵浦激光器，以使第二泵浦激光器从第一齿递增步进至所期望的齿；并且在第二泵至第一齿和所期望的齿之间的每个相应的齿的每个相应的锁定之后，将粗光频梳的齿重新锁定(308)至细光频梳的第四齿，其中，粗光频梳的齿是离开第二泵被锁定到的相应的齿的齿数与第三齿离开第一齿的相等的齿。
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