CN109888602A - 一种全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统，所述系统包括光纤振荡器、光纤隔离器、光纤放大器、光纤压缩器、光谱扩展单元和f‑2f自参考拍频光路，其中所述光纤振荡器包括第一啁啾光纤布拉格光栅，所述第一啁啾光纤布拉格光栅提供负色散用于所述谐振腔内的色散补偿；所述光纤压缩器包括第二啁啾光纤布拉格光栅，所述第二啁啾光纤布拉格光栅提供负色散用于所述放大后飞秒脉冲的色散补偿，并压缩所述放大后飞秒脉冲的时域宽度。本发明公开的实施例通过使用保偏型啁啾光纤布拉格光栅能够实现掺镱光纤光学频率梳的全光纤化，提高了掺镱光纤频率梳的稳定性和实用性。

Description

一种全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统

技术领域

本发明涉及时间频率测量技术领域，特别是涉及一种全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统。

背景技术

作为“超稳”与“超快”特性的完美结合，飞秒光学频率梳集“超宽的光谱”与“超稳的光频”与一身。自1999年诞生以来，便获得了高速的发展，不断向高稳定、低噪声、多类型、多应用方向发展。凭借着优异的频率稳定性、频率传递和转换特性，飞秒光学频率梳已经成为光频计量学、光学脉冲相干合成、原子分子精密光谱、光学频率传递及超稳频率源等领域的一个强有力的研究工具。

随着科学技术的飞速发展，不同类型的光学频率梳陆续被研制出来，光纤光学频率梳以其结构紧凑、成本低、稳定性高、容易维护等诸多优点获得了研究人员的广泛青睐。其中掺镱光纤光学频率梳相比于其它掺杂光纤光学频率梳，有较高的输出功率及能量转化效率的优势，但是由于一微米附近光纤色散特性的原因，导致掺镱光纤光学频率梳很难实现全保偏光纤化，限制了其应用领域。

发明内容

为了解决上述问题至少之一，本发明第一方面提供一种全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统，包括光纤振荡器、光纤隔离器、光纤放大器、光纤压缩器、光谱扩展单元和f-2f自参考拍频光路，其中

所述光纤振荡器包括第一啁啾光纤布拉格光栅，所述第一啁啾光纤布拉格光栅提供负色散用于所述谐振腔内的色散补偿；

所述光纤压缩器包括第二啁啾光纤布拉格光栅，所述第二啁啾光纤布拉格光栅提供负色散用于所述放大后飞秒脉冲的色散补偿，并压缩所述放大后飞秒脉冲的时域宽度。

进一步的，所述第一啁啾光纤布拉格光栅和第二啁啾光纤布拉格光栅均由单模保偏光纤制成。

进一步的，所述光纤放大器包括波分复用器，第二泵浦源和第二增益光纤，其中

所述光纤隔离器的输出端与所述波分复用器的第一输入端相连接、所述第二泵浦源与所述波分复用器的第二输入端相连接，所述波分复用器的输出端与所述第二增益光纤相连接。

进一步的，所述第二增益光纤为掺镱保偏单模光纤，用于对所述飞秒脉冲的功率进行放大。

进一步的，所述光谱扩展单元包括高非线性光子晶体光纤，用于扩展所述压缩后飞秒脉冲的光谱。

进一步的，所述光纤压缩器的输出端与所述高非线性光子晶体光纤直接熔接。

进一步的，所述f-2f自参考拍频光路与所述光谱扩展单元的输出端连接，包括倍频晶体、单模保偏光纤和雪崩光电二极管。

进一步的，所述f-2f自参考拍频光路为单臂共路型光路。

本发明第二方面提供一种全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统的使用方法，包括：

光纤振荡器产生飞秒脉冲，所述第一啁啾光纤布拉格光栅提供负色散用于所述谐振腔内的色散补偿；

光纤隔离器隔离所述飞秒脉冲信号的后向回光，保证光纤振荡器处于稳定的锁模状态；

波分复用器接收所述飞秒脉冲和第二泵浦源的泵浦光，并与第二增益光纤相连接对所述飞秒脉冲进行功率放大；

第二啁啾光纤布拉格光栅和光纤环形器对所述放大后的飞秒脉冲进行时域压缩，所述第二啁啾光纤布拉格光栅提供负色散用于所述放大后飞秒脉冲的色散补偿；

所述光纤环形器的输出端与高非线性光子晶体光纤直接熔接，所述高非线性光子晶体光纤对所述压缩后的飞秒脉冲的光谱进行扩展；

f-2f自参考拍频光路测量所述飞秒脉冲的重复频率和载波包络相移频率。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的技术方案通过在光纤振荡器中使用第一啁啾光纤布拉格光栅，在光纤压缩器使用第二啁啾光纤布拉格光栅，能够克服现有掺镱光纤光学频率梳空间光路结构多、稳定性差的缺点，实现掺镱飞秒光纤光学频率梳的全保偏光纤化，提高了掺镱飞秒光纤光学频率梳的稳定性和实用性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的实施例所述的全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统的结构示意图；

图2示出本发明的实施例所述的光纤振荡器的框图；

图3示出本发明的实施例所述的光纤放大器的框图；

图4示出本发明的实施例所述的光纤放大器的结构框图；

图5示出本发明的实施例所述的光纤压缩器的框图；

图6示出本发明的实施例所述的f-2f自参考拍频光路的框图；

图7示出本发明的实施例所述的使用方法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的一个实施例提供一种全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统，包括光纤振荡器、光纤隔离器、光纤放大器、光纤压缩器、光谱扩展单元和f-2f自参考拍频光路，其中所述光纤振荡器包括第一啁啾光纤布拉格光栅，所述第一啁啾光纤布拉格光栅提供负色散用于所述谐振腔内的色散补偿；所述光纤压缩器包括第二啁啾光纤布拉格光栅，所述第二啁啾光纤布拉格光栅提供负色散用于所述放大后飞秒脉冲的色散补偿，并压缩所述放大后飞秒脉冲的时域宽度。

在一个具体的示例中，如图1所示为全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统，光纤振荡器用于产生飞秒脉冲，如图2所示，包括半导体可饱和吸收体、第一增益光纤13、第一啁啾光纤布拉格光栅和第一泵浦源，所述半导体可饱和吸收体1、第一啁啾光纤布拉格光栅2组成谐振腔，所述第一增益光纤13作为增益介质用于产生激光，所述第一啁啾光纤布拉格光栅2能够提供负色散用于所述谐振腔内的色散补偿，同时将所述第一泵浦源3的输出的泵浦光耦合至所述谐振腔内，飞秒脉冲经所述第一啁啾光纤布拉格光栅2输出。

所述光纤振荡器与所述光纤放大器通过光纤隔离器4连接，所述光纤隔离器能够有效保证光纤振荡器处于稳定的锁模状态。

如图3和图4所示，所述光纤放大器包括波分复用器5，第二泵浦源6和第二增益光纤14，其中所述光纤隔离器4的输出端与所述波分复用器5的第一输入端相连接、所述第二泵浦源6与所述波分复用器5的第二输入端相连接，所述波分复用器5的输出端与所述第二增益光纤14相连接。进一步的，所述第二增益光纤14为高掺杂浓度的掺镱保偏单模光纤，采用啁啾脉冲放大技术实现对所述飞秒脉冲的功率放大。

所述光纤放大器与所述光纤压缩器连接，如图5所示，所述光纤压缩器包括光纤环形器7和第二啁啾光纤布拉格光栅8，所述光纤环形器的第一端口与光纤放大器的输出端口相连，所述光纤环形器的第二端口与第二啁啾光纤布拉格光栅的输入端口相连，所述光纤环形器的第三端口为输出端口。所述第二啁啾光纤布拉格光栅提供负色散用于所述放大后飞秒脉冲的色散补偿，并压缩所述放大后飞秒脉冲的时域宽度。

为了实现飞秒光学频率梳系统的倍频程超连续光谱，所述光谱扩展单元包括高非线性光子晶体光纤9，对压缩后的飞秒脉冲进行光谱扩展。进一步的，为了实现光谱扩展部分的全光纤化，本实施例中所述高非线性光子晶体光纤与普通单模光纤直接熔接在一起，并保证熔接损耗小于0.5dB。

所述光谱扩展部分与f-2f自参考拍频光路相连。如图6所示，所述f-2f自参考拍频光路包括倍频晶体10、单模保偏光纤11和雪崩二极管12。其中所述倍频晶体10用于将倍频程超连续光谱中的长波成分倍频至短波区域，进一步的，所述f-2f自参考拍频光路为单臂共路型光路，能够利用单模保偏光纤的快慢轴特性实现对长波与短波成分的时间延迟进行调节，以实现两路脉冲激光的高信噪比拍频，最后通过所述雪崩光电二极管探测飞秒脉冲的重复频率及载波包络相移频率。本实施例提供的全保偏飞秒光学频率梳系统在简化结构的同时还提高了系统的稳定性。

在一个优选的实施例中，所述第一啁啾光纤布拉格光栅和第二啁啾光纤布拉格光栅均由单模保偏光纤制成，在提高所述全保偏飞秒光学频率梳系统的环境稳定性的同时，还具有良好的适应性。

如图7所示，本发明的一个实施例还提供了一种全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统的使用方法，所述光纤振荡器利用可饱和吸收体实现锁模，所产生的飞秒脉冲经过第一啁啾光纤布拉格光栅输出；光纤隔离器隔离所述飞秒脉冲的后向回光，保证光纤振荡器处于稳定的锁模状态；波分复用器接收所述飞秒脉冲和第二泵浦源输出的泵浦激光，并与第二增益光纤相连接对所述飞秒脉冲进行功率放大；第二啁啾光纤布拉格光栅和光纤环形器对所述飞秒脉冲信号进行时域压缩，所述第二啁啾光纤布拉格光栅能够提供负色散补偿用于对所述放大后飞秒脉冲的色散补偿；所述光纤环形器的输出端与高非线性光子晶体光纤直接熔接，所述非线性光子晶体光纤对所述飞秒脉冲的光谱进行扩展；f-2f自参考拍频光路测量所述飞秒脉冲的重复频率和载波包络相移频率。

本发明所述的技术方案通过在光纤振荡器使用第一啁啾光纤布拉格光栅，在光纤压缩器使用第二啁啾光纤布拉格光栅，能够克服现有掺镱光纤光学频率梳空间光路结构多、稳定性差的缺点，实现掺镱光纤光学频率梳的全保偏光纤化，提高了掺镱光纤频率梳的稳定性和实用性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统，其特征在于，包括光纤振荡器、光纤隔离器、光纤放大器、光纤压缩器、光谱扩展单元和f-2f自参考拍频光路，其中

所述光纤振荡器包括第一啁啾光纤布拉格光栅，所述第一啁啾光纤布拉格光栅提供负色散用于所述谐振腔内的色散补偿；

所述光纤压缩器包括第二啁啾光纤布拉格光栅，所述第二啁啾光纤布拉格光栅提供负色散用于所述放大后飞秒脉冲的色散补偿，并压缩所述放大后飞秒脉冲的时域宽度。

2.根据权利要求1所述的全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统，其特征在于，所述第一啁啾光纤布拉格光栅和第二啁啾光纤布拉格光栅均由单模保偏光纤制成。

3.根据权利要求1所述的全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统，其特征在于，所述光纤放大器包括波分复用器，第二泵浦源和第二增益光纤，其中

所述光纤隔离器的输出端与所述波分复用器的第一输入端相连接、所述第二泵浦源与所述波分复用器的第二输入端相连接，所述波分复用器的输出端与所述第二增益光纤相连接。

4.根据权利要求3所述的全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统，其特征在于，所述第二增益光纤为掺镱保偏单模光纤，用于对所述飞秒脉冲的功率进行放大。

5.根据权利要求1所述的全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统，其特征在于，所述光谱扩展单元包括高非线性光子晶体光纤，用于扩展所述飞秒脉冲的光谱。

6.根据权利要求5所述的全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统，其特征在于，所述光纤压缩器的输出端与所述高非线性光子晶体光纤直接熔接。

7.根据权利要求1所述的全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统，其特征在于，所述f-2f自参考拍频光路与所述光谱扩展单元的输出端连接，包括倍频晶体、单模保偏光纤和雪崩光电二极管。

8.根据权利要求7所述的全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统，其特征在于，所述f-2f自参考拍频光路为单臂共路型光路。

9.一种全保偏掺镱飞秒光纤光学频率梳系统的使用方法，其特征在于，包括：

光纤振荡器产生飞秒脉冲，所述第一啁啾光纤布拉格光栅提供负色散用于所述谐振腔内的色散补偿；

光纤隔离器隔离所述飞秒脉冲信号的后向回光，保证光纤振荡器处于稳定的锁模状态；

波分复用器接收所述飞秒脉冲和第二泵浦源的泵浦光，并与第二增益光纤相连接对所述飞秒脉冲进行功率放大；

第二啁啾光纤布拉格光栅和光纤环形器对所述放大后的飞秒脉冲进行时域压缩，所述第二啁啾光纤布拉格光栅提供负色散用于所述放大后飞秒脉冲的色散补偿；

所述光纤环形器的输出端与高非线性光子晶体光纤直接熔接，所述高非线性光子晶体光纤对所述压缩后的飞秒脉冲的光谱进行扩展；

f-2f自参考拍频光路测量所述飞秒脉冲的重复频率和载波包络相移频率。