CN106950778A - 一种基于飞秒光梳的高精度光波长标准的产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于飞秒光梳的高精度光波长标准的产生方法，步骤1：将飞秒光梳的脉冲重复频率fr和系统频移f0锁定到微波频率标准上，精确获得光梳中每一个梳齿对应的波长值；步骤2：将飞秒光梳中某一梳齿的波长信号与半导体激光器输出的光信号进行拍频并调节，而得到高精度的光波长信号输出，作为一个光波长标准源。采用上述方案，飞秒光梳可以在近红外到可见光光谱范围内输出一系列的标准光波长，配合相应波长的半导体激光器，就能够建立覆盖近红外到可见光光谱的光波长标准。

Description

一种基于飞秒光梳的高精度光波长标准的产生方法
技术领域
本发明属于光波长标准技术领域，尤其涉及的是一种基于飞秒光梳的高精度光波长标准的产生方法。
背景技术
光波长的测量在激光测距、导航定位、光纤通信和光纤传感等领域有着重要的应用，目前现有的光波长标准是采用特定的气体吸收谱线对激光器进行稳频，实现稳定的光波长输出。但是可利用的气体吸收谱线较少，只能在几个波长点上实现稳频激光输出，无法在一个较宽的光谱范围内实现高精度的光波长信号输出。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于飞秒光梳的高精度光波长标准的产生方法，飞秒光梳是在光波频率范围内由一系列具有固定频率差的频率分量构成的光信号，通过将半导体激光器的输出光信号锁定到光梳输出信号的某一个梳齿上，就可以得到高精度的光波长信号输出，基于飞秒光梳可以实现从近红外到可见光光谱范围内一系列的标准光波长输出。
为解决现有光波长标准在一个较宽的光谱范围内标准波长点少的问题，本发明提供一种基于飞秒光梳的高精度光波长标准的产生方法，实现从近红外到可见光光谱范围内的标准光波长输出。
本发明的技术方案如下：
一种基于飞秒光梳的高精度光波长标准的产生方法，包括以下步骤：
步骤1：将飞秒光梳的脉冲重复频率fr和系统频移f0锁定到微波频率标准上，精确获得光梳中每一个梳齿对应的波长值；
步骤2：将飞秒光梳中某一梳齿的波长信号与半导体激光器输出的光信号进行拍频，根据拍频误差信号对半导体激光器的驱动电流进行调节，把半导体激光器的输出波长锁定到飞秒光梳上，从而得到高精度的光波长信号输出，作为一个光波长标准源；飞秒光梳在近红外到可见光光谱范围内输出一系列的标准光波长，配合相应波长的半导体激光器，就能够建立覆盖近红外到可见光光谱的光波长标准。
上述方法中，所述步骤1中所述脉冲重复频率fr使用快速光电二极管直接测量，经滤波放大后送至相位锁定系统，将该信号与微波参考频率信号匹配，随后把信号反馈至PZT元件，通过调整粘结在飞秒激光振荡器光纤上的PZT元件的伸缩量来控制振荡器的腔长，实现闭环控制将脉冲重复频率fr锁定至微波参考频率。
上述方法中，所述步骤1中系统频移f0的锁定采用自参考技术探测，使用单臂结构的f-2f系统，将光梳输出光谱中的低频部分进行倍频，然后与输出光谱中的高频部分进行拍频，得到系统频移f0；f0信号通过鉴相器与微波频率标准信号进行比较，产生的误差信号反馈给飞秒光梳中激光器的电流驱动器，通过控制驱动电流将f0信号锁定到微波参考频率。
上述方法中，所述步骤1中系统频移f0的锁定采用自参考技术探测，系统频移f0的是通过飞秒光梳中第2n根梳齿和第n根梳齿倍频的差频来得到，即f0＝f2n-2fn；在探测过程中，飞秒脉冲激光的频谱宽度必须覆盖fn和f2n，即一个光学倍频程；为获得大于一个光学倍频程的光谱输出，需要采用高非线性光纤对输出光谱进行扩展，得到一倍以上光学倍频程；倍频程光谱通过掺氧化镁的周期极化铌酸锂晶体后，fn经过倍频转换至2fn，然后与f2n进行拍频，拍频信号采用单臂f-2f系统进行探测，得到系统频移f0。
采用上述方案：1.将半导体激光器的输出光波长锁定到飞秒光梳上，可以在近红外到可见光光谱范围内建立一系列的光波长标准源，而且能够达到很高的波长精度。2.采用单臂f-2f系统探测飞秒光梳系统频移，简化了复杂的空间光路调节，稳定性大幅提高。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明通过单梳齿提取系统将光梳中某一频率的光信号提取出来，然后与半导体激光器输出的光信号进行拍频，拍频得到的误差信号用于对半导体激光器的驱动电流进行反馈控制，从而实现稳定的光波长信号输出。
如图1所示，本发明基于飞秒光梳的高精度光波长标准的产生方法的过程分为两步骤：
步骤1：将飞秒光梳的脉冲重复频率fr和系统频移f0锁定到微波频率标准上，精确获得光梳中每一个梳齿对应的波长值。脉冲重复频率fr使用快速光电二极管直接探测，经过滤波放大和锁相环后，通过控制激光谐振腔的腔长将其锁定到微波参考频率上。系统频移f0的锁定采用自参考探测技术，使用单臂结构的f-2f系统，将光梳输出光谱中的低频部分进行倍频，然后与输出光谱中的高频部分进行拍频，得到系统频移f0。f0信号通过鉴相器与微波频率标准信号进行比较，产生的误差信号反馈给飞秒光梳中激光器的电流驱动器，通过控制驱动电流将f0信号锁定到微波参考频率。
步骤2：将飞秒光梳中某一梳齿的波长信号与半导体激光器输出的光信号进行拍频，根据拍频误差信号对半导体激光器的驱动电流进行调节，可以把半导体激光器的输出波长锁定到飞秒光梳上，从而得到高精度的光波长信号输出。
上述方法中，飞秒光梳脉冲重复频率fr的锁定比较简单，可以使用快速光电二极管直接测量，经滤波放大后送至相位锁定系统，将该信号与微波参考频率信号匹配，随后把信号反馈至PZT元件，通过调整粘结在飞秒激光振荡器光纤上的PZT元件的伸缩量来控制振荡器的腔长，实现闭环控制将脉冲重复频率fr锁定至微波参考频率。
上述方法中，系统频移f0的锁定较为复杂，需要先通过扩谱技术拓展飞秒激光脉冲的频谱范围，然后采用自参考探测的方式实现系统频移的测量和锁定。采用自参考技术探测系统频移f0的原理是通过飞秒光梳中第2n根梳齿和第n根梳齿倍频的差频来得到，即f0＝f2n-2fn。在探测过程中，飞秒脉冲激光的频谱宽度必须覆盖fn和f2n，即一个光学倍频程。为获得大于一个光学倍频程的光谱输出，需要采用高非线性光纤对输出光谱进行扩展，得到一倍以上光学倍频程。倍频程光谱通过掺氧化镁的周期极化铌酸锂晶体后，fn经过倍频转换至2fn，然后与f2n进行拍频，拍频信号采用单臂f-2f系统进行探测，得到系统频移f0。单臂结构的优点在于空间重合好，对于红外波段的不可见光，可以避免复杂的空间光路调节。探测到的f0信号经过带通滤波器及低噪声放大器后，送往数字鉴相器与微波参考信号进行比较。数字鉴相器具有比传统模拟鉴相器更大的捕获及控制范围，系统容易进入锁定状态且不容易失锁。鉴相器通过比较上述两个信号之后，输出一个误差信号，该信号反馈给飞秒光梳系统中飞秒激光器的泵浦电流驱动器，通过控制泵浦光的驱动电流来改变泵浦光功率，从而实现将f0信号锁定到微波参考频率上。
上述方法中，当飞秒光梳系统的脉冲重复频率fr和系统频移f0均锁定到微波参考频率上时，飞秒光梳中每个光梳齿对应的波长值都是已知的，而且具有很高的波长精度。半导体激光器的输出光信号与飞秒光梳中某一个梳齿的光信号进行拍频，产生的误差信号经滤波后反馈至半导体激光器的驱动源，通过调节驱动电流来控制激光器的输出波长，最终锁定到飞秒光梳的某一个梳齿上，得到高精度的光波长信号输出，可以作为一个光波长标准源来使用。飞秒光梳可以在近红外到可见光光谱范围内输出一系列的标准光波长，配合相应波长的半导体激光器，就能够建立覆盖近红外到可见光光谱的光波长标准。
采用上述方案：1.将半导体激光器的输出光波长锁定到飞秒光梳上，可以在近红外到可见光光谱范围内建立一系列的光波长标准源，而且能够达到很高的波长精度。2.采用单臂f-2f系统探测飞秒光梳系统频移，简化了复杂的空间光路调节，稳定性大幅提高。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于飞秒光梳的高精度光波长标准的产生方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将飞秒光梳的脉冲重复频率fr和系统频移f0锁定到微波频率标准上，精确获得光梳中每一个梳齿对应的波长值；
步骤2：将飞秒光梳中某一梳齿的波长信号与半导体激光器输出的光信号进行拍频，根据拍频误差信号对半导体激光器的驱动电流进行调节，把半导体激光器的输出波长锁定到飞秒光梳上，从而得到高精度的光波长信号输出，作为一个光波长标准源；飞秒光梳在近红外到可见光光谱范围内输出一系列的标准光波长，配合相应波长的半导体激光器，就能够建立覆盖近红外到可见光光谱的光波长标准。
2.如权利要求1所述的产生方法，其特征在于，所述步骤1中所述脉冲重复频率fr使用快速光电二极管直接测量，经滤波放大后送至相位锁定系统，将该信号与微波参考频率信号匹配，随后把信号反馈至PZT元件，通过调整粘结在飞秒激光振荡器光纤上的PZT元件的伸缩量来控制振荡器的腔长，实现闭环控制将脉冲重复频率fr锁定至微波参考频率。
3.如权利要求1所述的产生方法，其特征在于，所述步骤1中系统频移f0的锁定采用自参考技术探测，使用单臂结构的f-2f系统，将光梳输出光谱中的低频部分进行倍频，然后与输出光谱中的高频部分进行拍频，得到系统频移f0；f0信号通过鉴相器与微波频率标准信号进行比较，产生的误差信号反馈给飞秒光梳中激光器的电流驱动器，通过控制驱动电流将f0信号锁定到微波参考频率。
4.如权利要求3所述的产生方法，其特征在于，所述步骤1中系统频移f0的锁定采用自参考技术探测，系统频移f0的是通过飞秒光梳中第2n根梳齿和第n根梳齿倍频的差频来得到，即f0＝f2n-2fn；在探测过程中，飞秒脉冲激光的频谱宽度必须覆盖fn和f2n，即一个光学倍频程；为获得大于一个光学倍频程的光谱输出，需要采用高非线性光纤对输出光谱进行扩展，得到一倍以上光学倍频程；倍频程光谱通过掺氧化镁的周期极化铌酸锂晶体后，fn经过倍频转换至2fn，然后与f2n进行拍频，拍频信号采用单臂f-2f系统进行探测，得到系统频移f0。
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