CN112880824B - 超短光脉冲放大压缩系统cep的噪声测量、稳定控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超短光脉冲放大压缩系统CEP的噪声测量、稳定控制方法及系统，其实现原理为：将种子光经过超短光脉冲放大压缩系统后，再经声光移频器产生光频频移；光频频移的频移量来自外部施加的一个稳定的射频信号，从而产生一个相对于种子光偏置频率的附加偏置频率的信号光；携带附加偏置频率的信号光与种子光拍频得到拍频信号；通过测量该拍频信号的功率谱密度即可得到超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号的噪声谱；拍频信号与所述射频信号进行相位比较检测得到检相信号；检相信号经过锁相放大反馈到光电色散调制器以实现对放大压缩系统CEP的全频带宽稳定控制。本发明实施过程简单、实用，并且适用于多种形式的超短光脉冲放大压缩系统。
Description
技术领域
本发明属于超快现象与精密测量技术领域，具体涉及一种简单实用的超短光脉冲放大压缩系统CEP的噪声测量、稳定控制方法及系统。
背景技术
目前光学领域在光频标及超快现象领域的研究已达到了10-18频率标准精度及10-18秒时间精度。而对两者的主要贡献来源于超短光脉冲的产生。
光频标的绝对频率f＝fceo+nfr标准精度的提高强烈地依赖于超短光脉冲光频梳的重复频率fr和偏置频率fceo的稳定性。极端条件下光与物质相互作用的研究，特别是更深的高阶非线性物理现象的研究：如阿秒脉冲的产生，强烈地依赖于超短超强脉冲的光场振幅。超短脉冲光场振幅的变化与脉冲的载波包络相位(CEP)
紧密相关，特别对周期量级脉冲，脉冲包络内相邻两个光场振幅相差极大，因而载波包络相位完全决定了包络内载波振幅的大小。而两个相邻脉冲的CEP差
与偏置频率fceo的关系
更表明了稳定偏置频率fceo的重要性。因此偏置频率fceo稳定对超短光脉冲的载波包络相位的精密测量与控制至关重要。
目前用于测量控制稳定超短光脉冲放大压缩系统载波包络相位的方法有两种：
一种是共线f/2f干涉光谱测量法。该方法将光脉冲的短波与长波的倍频相干涉，通过测量与载波包络相位有关的干涉光谱而得到载波包络相位的漂移。由于受限于光谱探测器的响应时间、等待时间及后续的AD/DA转换及数据处理，其无法用于高重复频率光脉冲载波包络相位的单发测量。
另一种是基于阈上电离(ATI)高能电子谱的CEP测量法。该方法通过测量在惰性气体中产生于光脉冲偏振方向两边的与CEP敏感的非对称ATI高能电子谱，而确定光脉冲的载波包络相位。虽然其探测器响应时间很快，可以实时测量单脉冲的CEP，但由于其测量精度取决于高能电子谱的非对称，而脉冲宽度是决定非对称的主要因素。因而该技术只适用于少周期脉冲CEP测量。同时由于ATI高能电子谱需要几十微焦的少周期脉冲在充有氙气的真空腔中产生，因而对脉冲的宽度和能量要求高，且结构复杂。
更重要的一点是：以上两种方法都无法测量及控制高于超短光脉冲放大压缩系统重复频率的系统频谱噪声对被测脉冲CEP的影响。
发明内容
本发明的目的是为了针对上述现有技术的不足，提供一种简单实用的超短光脉冲放大压缩系统CEP噪声测量方法及系统，该方法采用的声光移频方式取代传统提取超短光脉冲偏置频率的复杂方法，克服了现有干涉光谱测量法无法适应高重复频率光脉冲载波包络相位的单发测量，以及高能电子谱的CEP测量法只适应于少周期脉冲CEP测量，且测量过程对脉冲的宽度和能量要求较高的问题。
同时，本发明还提供了一种超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制方法及系统。
本发明的具体技术解决方案如下：
本发明提供了一种超短光脉冲放大压缩系统CEP噪声测量方法，包括以下步骤：
步骤1：将种子光经过被测超短光脉冲放大压缩系统后，再经声光移频器产生光频频移；光频频移的频移量来自外部施加的一个稳定的射频信号，从而产生一个相对于种子光偏置频率的附加偏置频率(Δfceo+Ω)的信号光；
其中：Δfceo为超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号频率；Ω为射频信号频率；
步骤2：携带附加偏置频率的信号光与种子光拍频得到拍频信号；
步骤3：通过测量该拍频信号的功率谱密度即可得到超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号的噪声谱。
基于上述方法，本发明还提供了一种超短光脉冲放大压缩系统CEP噪声测量系统，所述超短光脉冲放大压缩系统包括沿光路依次设置的脉冲展宽器、放大器以及脉冲压缩器；
其改进之处是：所述测量系统包括种子脉冲源、分束镜、声光移频单元、拍频信号探测单元以及功率谱密度测量单元；
声光移频单元包括声光移频器以及一个向声光移频器施加稳频信号的射频信号源；
种子脉冲源出射光经分束镜后分成两束光，一束光依次经被测超短光脉冲放大压缩系统、声光移频器，声光移频器上加载了射频信号源发出的射频信号，从而使这束光携带了声光移频器施加的偏置频率信号，最终作为信号光，这束信号光携带了声光移频器施加的偏置频率信号及超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号频率；
另一束光作为参考光与所述信号光同时到达探测单元，从而产生拍频信号；
功率谱密度测量单元接收所述拍频信号，测量出超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号频率的噪声谱。
进一步地，上述测量系统中拍频信号探测单元包括按照信号传输方向依次设置的快速光电探测器、带通滤波器、信号放大器。
另外，本发明还提供了一种超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制方法，包括以下步骤：
步骤1：将种子光先经过光电色散调制器、再经由需控制的超短光脉冲放大压缩系统后，通过声光移频处理产生光频频移；光频频移的频移量来自外部施加的一个稳定的射频信号，从而产生一个相对于种子光偏置频率的附加偏置频率(Δfceo+Ω)的信号光；
其中：Δfceo为超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号频率；Ω为射频信号频率；
步骤2：携带附加偏置频率的信号光与种子光拍频得到拍频信号；
步骤3：通过测量该拍频信号的功率谱密度得到放大压缩系统产生的CEP噪声信号的噪声谱；
步骤4：拍频信号与所述射频信号进行相位比较检测得到检相信号；
步骤5：检相信号经过锁相放大反馈到光电色散调制器以实现对放大压缩系统CEP的全频带宽稳定控制。
基于不同的超短光脉冲放大压缩系统，本发明还提供了几种超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制系统：
第一种超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制系统，其中，所述超短光脉冲放大压缩系统包括沿光路依次设置的光纤同频放大单元以及光谱展宽器；
所述稳定控制系统包括偏置频率稳定的锁模光纤振荡器、第一分束镜、电光色散调制器、第二分束镜、声光移频单元、拍频信号探测单元、功率谱密度测量单元以及相位检测及稳定控制单元；
声光移频单元包括声光移频器以及一个向声光移频器施加稳频信号的射频信号源；
锁模光纤振荡器出射光经第一分束镜分成种子光和参考光，种子光依次经电光色散调制器、光纤同频放大单元、光谱展宽器后再经过第二分束镜分束后大部分光输出，少部分光作为探测光；
探测光经声光移频器后产生一个相对于参考光偏置频率的附加偏置频率；携带附加偏置频率的探测光与参考光同时到达拍频信号探测单元，从而产生拍频信号；
一部分拍频信号被功率谱密度测量单元接收，测量出待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的噪声谱；
另外一部分拍频信号与射频信号源发出的射频信号，先经由相位检测进行相位比较后再经稳定控制单元反馈至电光色散调制器，从而实现待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的全频带宽稳定控制。
第二种超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制系统，其中所述超短光脉冲放大压缩系统包括脉冲展宽器、降频放大单元以及脉冲压缩器；
所述稳定控制系统包括偏置频率稳定钛宝石振荡器、第三分束镜、电光色散调制器、第四分束镜、声光移频单元、拍频信号探测单元、功率谱密度测量单元以及相位检测及稳定单元；
声光移频单元包括声光移频器以及一个向声光移频器施加稳频信号的射频信号源；
钛宝石振荡器出射光经第三分束镜分成种子光和参考光，种子光依次经电光色散调制器、脉冲展宽器后再经第四分束镜分成两束光，一束光依次经过降频放大单元、脉冲压缩器后输出，另一束光直接通过脉冲压缩器输出作为探测光；
探测光经声光移频器后最终产生一个相对于参考光偏置频率的附加偏置频率，携带附加偏置频率的探测光与参考光同时到达拍频信号探测单元，从而产生拍频信号
一部分拍频信号被功率谱密度测量单元接收，测量出待测超短光脉冲放大压缩系统产生的偏置频率的噪声谱；
另外一部分拍频信号与射频信号源发出的射频信号，先经由相位检测进行相位比较后再经稳定单元反馈至电光色散调制器，从而实现待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的全频带宽稳定控制。
第三种超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制系统，其中所述超短光脉冲放大压缩系统包括脉冲展宽器、降频放大单元以及脉冲压缩器；
所述稳定控制系统包括偏置频率稳定钛宝石振荡器、锁模光纤振荡器、第五分束镜、第一双色镜、电光色散调制器、第二双色镜、第三双色镜、第四双色镜、声光移频单元、拍频信号探测单元、功率谱密度测量单元以及相位检测及稳定单元；
声光移频单元包括声光移频器以及一个向声光移频器施加稳频信号的射频信号源；
锁模光纤振荡器的出射光经第五分束镜分为一路探测光和一路参考光；
偏置频率稳定钛宝石振荡器出射光的种子光和锁模光纤振荡器分出的探测光经第一双色镜合束后依次经过电光色散调制器、脉冲展宽器后再经过第二双色镜分束成种子光和探测光，分束后的种子光先通过降频放大单元进行放大；
分束后的探测光由第三双色镜与放大后的种子光再次合束，再通过脉冲压缩器，并由第四双色镜分束出放大光和探测光；放大光直接输出；
此后探测光经声光移频器后其上加载了射频信号源发出的射频信号，最终产生一个相对于参考光偏置频率的附加偏置频率，携带附加偏置频率的探测光与参考光同时到达拍频信号探测单元，从而产生拍频信号；
一部分拍频信号被功率谱密度测量单元接收，测量出待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的噪声谱；
另外一部分拍频信号与射频信号源发出的射频信号，先经由相位检测进行相位比较后再经稳定单元反馈至电光色散调制器，从而实现待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的全频带宽稳定控制。
进一步地，上述几种稳定控制系统中所述拍频信号探测单元包括按照信号传输方向依次设置的快速光电探测器、带通滤波器、信号放大器；
所述相位检测及稳定单元包括按照信号传输方向依次设置的相位探测器、锁相放大器以及反馈单元。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用常用的声光移频单元取代传统提取超短光脉冲偏置频率的复杂方法，避免了传统方法中的非线性效应(如脉冲光谱的非线性展宽，倍频，差频等)，提供一种简单实用的超短光脉冲放大压缩系统载波包络相位噪声测量方案，从而实现超短光脉冲放大压缩系统载波包络相位噪声的全频带宽测量。
2、本发明采用通用的相位检测及稳定单元通过调节超短光脉冲放大压缩系统中的宽带色散相应元件(即电光色散调制器)即可实现超短光脉冲放大压缩系统的偏置频率及载波包络相位的稳定控制。
3、本发明采用双注入法(即采用钛宝石振荡器的出射光作为种子光、锁模光纤振荡器的出射光作为探测光)，将种子脉冲和探测脉冲空间分离，从而实现对低重复率超短光脉冲放大压缩系统载波包络相位噪声的全频带宽稳定控制。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为实施例1的系统结构示意图。
图3为实施例2的系统结构示意图。
图4为实施例3的系统结构示意图。
图5为实施例4的系统结构示意图。
附图标记如下：
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在有没做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的实现原理如图1所示：采用声光移频器将被测的超短光脉冲放大压缩系统的光频率fceo+Δfceo+nfr(fceo是种子源的偏置频率，Δfceo放大压缩系统产生的偏置频率，fr为种子源的重复频率)平移一个稳频的射频Ω(比如原子钟的频率)。频移后的光脉冲的光频率为fceo+Δfceo+Ω+nfr。频移后的光脉冲再与种子光脉冲拍频即可得到与种子源偏置频率无关的拍频信号Δfceo+Ω。通过测量该拍频信号的功率谱密度即可得到放大压缩系统产生的偏置频率的噪声谱。
之后将测得的拍频信号经过滤波放大与作为参考信号的施加于声光移频器的射频信号Ω进行检相，得到的检相信号经过锁相放大处理后反馈到放大压缩系统中一个宽带的色散响应元件中(如色散调制器)即可实现超短光脉冲放大压缩系统的偏置频率及载波包络相位的稳定。
另外，对于降频的超短光脉冲放大压缩系统偏置频率及载波包络相位的稳定，为了得到和种子源频谱带宽相同的偏置频率噪声谱，可采用两种方案：(a)采用将种子脉冲分两路注入。一路用于放大的种子脉冲，一路用于探测控制的探测脉冲，并且两路光可以通过空间分离以避免放大脉冲对探测脉冲的干扰；(b)用另外一种波长不同于种子光源的锁模激光器作为探测控制的探测脉冲。种子脉冲和探测脉冲通过双色镜完成放大系统前后的合束及分束，从而避免放大脉冲对探测脉冲的干扰。
实施例1
本实施例提供一种超短光脉冲放大压缩系统的CEP噪声测量系统，如图2所示，被测超短光脉冲放大压缩系统为通用的啁啾脉冲放大系统，啁啾脉冲放大系统包括脉冲展宽器、放大器以及脉冲压缩器；
该测量系统包括种子脉冲源、分束镜、声光移频单元、拍频信号探测单元以及功率谱密度测量单元；
其中，声光移频单元包括声光移频器以及一个向声光移频器施加稳频信号的射频信号源；
种子脉冲源(本实施例采用锁模脉冲振荡器)出射的种子光经分束镜分成两束光，一束光为探测光，另一束为参考光；
探测光经被测超短光脉冲放大压缩系统、声光移频器，分别加载了超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号频率及施加于声光移频器的射频信号源发出的射频，最终产生一个相对于参考光偏置频率的附加偏置频率；
参考光经过光延时后与携带附加偏置频率的探测光同时到达拍频信号探测单元，从而产生拍频信号；
功率谱密度测量单元接收所述拍频信号，测量出超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的全频带宽噪声谱。本实施例中，拍频信号探测单元包括按照信号传输方向依次设置的快速光电探测器、带通滤波器、信号放大器。
该系统的具体工作原理如下：
步骤1：锁模激光器发出的种子光通过超短光脉冲放大压缩系统(即依次通过超短光脉冲放大压缩系统中的脉冲展宽器、放大器以及压缩器)后，再经声光移频器产生光频频移；光频频移的频移量来自射频信号源发出的一个稳定的射频信号；最终产生一个相对于参考光偏置频率的附加偏置频率Δfceo+Ω；
其中，Δfceo为超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号频率；
Ω为射频信号频率；
步骤2：参考光脉冲经过光延时后与携带附加偏置频率的探测光脉冲同时到达拍频信号探测单元得到拍频信号；
步骤3：功率谱密度测量单元通过测量该拍频信号的功率谱密度即可得到放大压缩系统产生的CEP的全频带宽噪声谱。
实施例2
为了实现超短光脉冲放大压缩系统的载波包络相位CEP的稳定控制，本实施例提供了一种超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制系统，如图3所示，被测超短光脉冲放大压缩系统包括光纤同频放大单元以及光谱展宽压缩器；
该稳定控制系统包括偏置频率稳定锁模光纤振荡器、第一分束镜、电光色散调制器、第二分束镜、声光移频单元、拍频信号探测单元以及功率谱密度测量单元、相位检测及稳定单元；
声光移频单元包括声光移频器以及一个向声光移频器施加稳频信号的射频信号源；
偏置频率稳定锁模光纤振荡器出射的光经第一分束镜分成种子光和参考光，种子光依次经电光色散调制器、超短光脉冲放大压缩系统的光纤同频放大单元、光谱展宽压缩器后再经过第二分束镜分束后大部分光输出，少部分光作为探测光；
探测光再通过声光移频器产生一个相对于参考光偏置频率的附加偏置频率；参考光经过光延时后与携带附加偏置频率的探测光同时到达拍频信号探测单元，从而产生拍频信号；
一部分拍频信号被功率谱密度测量单元接收，测量出待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的噪声谱；
另外一部分拍频信号与射频信号源发出的射频信号，先经由相位检测进行相位比较后通过稳定单元再反馈至电光色散调制器，从而实现待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的全频带宽稳定控制。
其中，拍频信号探测单元包括按照信号传输方向依次设置的快速光电探测器、带通滤波器、信号放大器。
相位检测及稳定单元包括按照信号传输方向依次设置的相位探测器及锁相放大器及反馈单元。
该系统的具体工作原理如下：
步骤1：偏置频率稳定锁模光纤振荡器的出射光经第一分束镜分为种子光和参考光；种子光先经过电光色散调制器进行调制、再由被测超短光脉冲放大压缩系统进行同频放大以及展宽压缩后，通过声光移频器产生光频频移；光频频移的频移量来自射频信号源施加的一个稳定的射频信号；最终产生一个相对于参考光偏置频率的附加偏置频率Δfceo+Ω；
其中，Δfceo为超短光脉冲放大压缩系统生成的CEP噪声信号频率；
Ω为射频信号频率；
步骤2：参考光脉冲经过光延时后与携带附加偏置频率的探测光脉冲同时到达拍频信号探测单元，得到拍频信号；
步骤3：功率谱密度测量单元通过测量该拍频信号的功率谱密度得到放大压缩系统产生的CEP的噪声谱；
步骤4：拍频信号与所述射频信号通过相位探测器进行相位比较检测得到检相信号；
步骤5：检相信号经过锁相放大器放大反馈至电光色散调制器，以实现对待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的全频带宽稳定控制。
实施例3
本实施例提供了一种超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制系统，如图4所示，被测超短光脉冲放大压缩系统包括沿光路依次设置的脉冲展宽器、降频放大单元以及脉冲压缩器；
该稳定控制系统包括偏置频率稳定钛宝石振荡器、第三分束镜、电光色散调制器、第四分束镜、声光移频单元、拍频信号探测单元、功率谱密度测量单元以及相位检测及稳定单元；
声光移频单元包括声光移频器以及一个向声光移频器施加稳频信号的射频信号源(本实施例中射频信号源采用原子钟)；
钛宝石振荡器出射光经第三分束镜光成种子光和参考光；
种子光依次经电光色散调制器、脉冲展宽器后再经第四分束镜分出大量的主种子光以及少量的探测光；
经第四分束镜分出的大量的主种子光经过降频放大单元、脉冲压缩器后输出，少量的探测光绕过降频放大单元之后通过脉冲压缩器；
探测光再通过声光移频器；此时的探测光相对于参考光的偏置频率，探测光分别加载了超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号频率及施加于声光移频器的射频信号源发出的射频，最终产生一个相对于参考光偏置频率的附加偏置频率；
参考光经过光延时后与携带附加偏置频率的探测光同时到达拍频信号探测单元，从而产生拍频信号。
一部分拍频信号被功率谱密度测量单元接收，测量出待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的噪声谱；
另外一部分拍频信号与射频信号源发出的射频信号，先经由相位检测进行相位比较后通过稳定单元再反馈至电光色散调制器，从而实现待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的全频带宽稳定控制。
其中，拍频信号探测单元包括按照信号传输方向依次设置的快速光电探测器、带通滤波器、信号放大器。相位检测及稳定单元包括按照信号传输方向依次设置的相位探测器及锁相放大器。
该系统的具体工作原理如下：
步骤1：钛宝石振荡器的出射光经第三分束镜分为种子光和参考光；种子光依次经过电光色散调制器、被测超短光脉冲放大压缩系统的脉冲展宽器后再由第四分束镜分成少量的探测光和主种子光；
主种子光再经降频放大以及压缩后输出，而探测光直接经过压缩后再通过声光移频器产生光频频移；光频频移的频移量来自射频信号源施加的一个稳定的射频信号。最终产生一个相对于参考光偏置频率的附加偏置频率Δfceo+Ω
其中，Δfceo为超短光脉冲放大压缩系统生成的CEP噪声信号频率；
Ω为射频信号频率；
步骤2：参考光脉冲经过光延时后与携带附加偏置频率的探测光脉冲同时到达拍频信号探测单元，干涉得到拍频信号；
步骤3：功率谱密度测量单元通过测量该拍频信号的功率谱密度得到放大压缩系统产生的CEP的噪声谱；
步骤4：拍频信号与所述射频信号通过相位探测器进行相位比较检测得到检相信号；
步骤5：检相信号经过锁相放大器放大反馈至电光色散调制器以实现对待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的全频带宽稳定控制。
实施例4
本实施例提供了一种超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制系统，如图5所示，被测超短光脉冲放大压缩系统包括沿光路依次设置的脉冲展宽器、降频放大单元以及脉冲压缩器；
该稳定控制系统包括偏置频率稳定钛宝石振荡器、锁模光纤振荡器、第五分束镜、第一双色镜、电光色散调制器、第二双色镜、第三双色镜、第四双色镜、声光移频单元、拍频信号探测单元、功率谱密度测量单元以及相位检测及稳定单元；
钛宝石振荡器、锁模光纤振荡器具有不同的波长，其中钛宝石振荡器作为种子源且偏置频率稳定；锁模光纤振荡器用作为CEP噪声探测的辅助光源；
声光移频单元包括声光移频器以及一个向声光移频器施加稳频信号的射频信号源；
锁模光纤振荡器的出射光经第五分束镜分为一路探测光和一路参考光；
钛宝石振荡器出射的种子光和锁模光纤振荡器分出的探测光经第一双色镜合束后依次经过电光色散调制器、脉冲展宽器后再经过第二双色镜分束成种子光和探测光，分束后的种子光先通过降频放大单元进行放大，而分束后的探测光绕过降频放大单元直接与放大后的种子光经第三双色镜合束后通过脉冲压缩器，最后再经第四双色镜分离成放大光和探测光；放大光直接输出；
探测光再通过声光移频器；此时的探测光相对于参考光的偏置频率，探测光分别加载了超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号频率及施加于声光移频器的射频信号源发出的射频，最终产生一个相对于参考光偏置频率的附加偏置频率；
参考光经过光延时后与携带附加偏置频率的探测光同时到达拍频信号探测单元，从而产生拍频信号。
一部分拍频信号被功率谱密度测量单元接收，测量出待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的噪声谱；
另外一部分拍频信号与射频信号源发出的射频信号，先经由相位检测进行相位比较后通过稳定单元再反馈至电光色散调制器，从而实现待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的全频带宽稳定控制。其中，拍频信号探测单元包括按照信号传输方向依次设置的快速光电探测器、带通滤波器、信号放大器。
相位检测及稳定单元包括按照信号传输方向依次设置的相位探测器及锁相放大器。
该系统的具体工作原理如下：
步骤1：锁模光纤振荡器的出射光经第五分束镜分为探测光和参考光；
步骤2：探测光和钛宝石振荡器的出射光经第一双色镜合束后依次经电光色散调制器、被测超短光脉冲放大压缩系统的脉冲展宽器进行展宽后，再由第二双色镜分束成种子光和探测光；
步骤3：分束后的种子光依次经被测超短光脉冲放大压缩系统进行降频放大和压缩后输出；分束后的探测光由第三双色镜与放大后的种子光再次合束，再通过脉冲压缩器，并由第四双色镜分束出放大光和探测光；此后探测光通过声光移频器产生光频频移；光频频移的频移量来自射频信号源施加的一个稳定的射频信号。最终产生一个相对于参考光偏置频率的附加偏置频率Δfceo+Ω
其中，Δfceo为超短光脉冲放大压缩系统生成的CEP噪声信号频率；
Ω为射频信号频率；
步骤4：参考光脉冲经过光延时后与携带附加偏置频率的探测光脉冲同时到达探测单元，干涉得到拍频信号；
步骤5：功率谱密度测量单元通过测量该拍频信号的功率谱密度得到放大压缩系统产生的CEP的噪声谱；
步骤6：拍频信号与所述射频信号通过相位探测器进行相位比较检测得到检相信号；
步骤7：检相信号经过锁相放大器放大反馈至电光色散调制器以实现对待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的全频带宽稳定控制。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种超短光脉冲放大压缩系统CEP噪声测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将种子光经过被测超短光脉冲放大压缩系统后，再经声光移频器产生光频频移；光频频移的频移量来自外部施加的一个稳定的射频信号，从而产生一个相对于种子光偏置频率的附加偏置频率(Δfceo+Ω)的信号光；
其中：Δfceo为超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号频率；Ω为射频信号频率；
步骤2：携带附加偏置频率的信号光与种子光拍频得到拍频信号；
步骤3：通过测量该拍频信号的功率谱密度即可得到超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号的噪声谱。
2.一种超短光脉冲放大压缩系统CEP噪声测量系统，所述超短光脉冲放大压缩系统包括沿光路依次设置的脉冲展宽器、放大器以及脉冲压缩器；
其特征在于：所述测量系统包括种子脉冲源、分束镜、声光移频单元、拍频信号探测单元以及功率谱密度测量单元；
声光移频单元包括声光移频器以及一个向声光移频器施加稳频信号的射频信号源；
种子脉冲源出射光经分束镜后分成两束光，一束光依次经被测超短光脉冲放大压缩系统、声光移频器，声光移频器上加载了射频信号源发出的射频信号，从而使这束光携带了声光移频器施加的偏置频率信号，最终作为信号光，这束信号光携带了声光移频器施加的偏置频率信号及超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号频率；
另一束光作为参考光与所述信号光同时到达探测单元，从而产生拍频信号；
功率谱密度测量单元接收所述拍频信号，测量出超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号频率的噪声谱。
3.根据权利要求2所述的超短光脉冲放大压缩系统CEP噪声测量系统，其特征在于：所述拍频信号探测单元包括按照信号传输方向依次设置的快速光电探测器、带通滤波器、信号放大器。
4.一种超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将种子光先经过光电色散调制器、再经由需控制的超短光脉冲放大压缩系统后，通过声光移频处理产生光频频移；光频频移的频移量来自外部施加的一个稳定的射频信号，从而产生一个相对于种子光偏置频率的附加偏置频率(Δfceo+Ω)的信号光；
其中：Δfceo为超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP噪声信号频率；Ω为射频信号频率；
步骤2：携带附加偏置频率的信号光与种子光拍频得到拍频信号；
步骤3：通过测量该拍频信号的功率谱密度得到放大压缩系统产生的CEP噪声信号的噪声谱；
步骤4：拍频信号与所述射频信号进行相位比较检测得到检相信号；
步骤5：检相信号经过锁相放大反馈到光电色散调制器以实现对放大压缩系统CEP的全频带宽稳定控制。
5.一种超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制系统，所述超短光脉冲放大压缩系统包括沿光路依次设置的光纤同频放大单元以及光谱展宽器；
其特征在于：所述稳定控制系统包括偏置频率稳定的锁模光纤振荡器、第一分束镜、电光色散调制器、第二分束镜、声光移频单元、拍频信号探测单元、功率谱密度测量单元以及相位检测及稳定单元；
声光移频单元包括声光移频器以及一个向声光移频器施加稳频信号的射频信号源；
锁模光纤振荡器出射光经第一分束镜分成种子光和参考光，种子光依次经电光色散调制器、光纤同频放大单元、光谱展宽器后再经过第二分束镜分束后大部分光输出，少部分光作为探测光；
探测光经声光移频器后产生一个相对于参考光偏置频率的附加偏置频率；携带附加偏置频率的探测光与参考光同时到达拍频信号探测单元，从而产生拍频信号；
一部分拍频信号被功率谱密度测量单元接收，测量出待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的噪声谱；
另外一部分拍频信号与射频信号源发出的射频信号，先经由相位检测进行相位比较后再经稳定单元反馈至电光色散调制器，从而实现待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的全频带宽稳定控制。
6.根据权利要求5所述的超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制系统，其特征在于：所述拍频信号探测单元包括按照信号传输方向依次设置的快速光电探测器、带通滤波器、信号放大器；
所述相位检测及稳定单元包括按照信号传输方向依次设置的相位探测器、锁相放大器以及反馈单元。
7.一种超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制系统，所述超短光脉冲放大压缩系统包括脉冲展宽器、降频放大单元以及脉冲压缩器；
其特征在于：所述稳定控制系统包括偏置频率稳定钛宝石振荡器、第三分束镜、电光色散调制器、第四分束镜、声光移频单元、拍频信号探测单元、功率谱密度测量单元以及相位检测及稳定单元；
声光移频单元包括声光移频器以及一个向声光移频器施加稳频信号的射频信号源；
钛宝石振荡器出射光经第三分束镜分成种子光和参考光，种子光依次经电光色散调制器、脉冲展宽器后再经第四分束镜分成两束光，一束光依次经过降频放大单元、脉冲压缩器后输出，另一束光直接通过脉冲压缩器输出作为探测光；
探测光经声光移频器后最终产生一个相对于参考光偏置频率的附加偏置频率，携带附加偏置频率的探测光与参考光同时到达拍频信号探测单元，从而产生拍频信号
一部分拍频信号被功率谱密度测量单元接收，测量出待测超短光脉冲放大压缩系统产生的偏置频率的噪声谱；
另外一部分拍频信号与射频信号源发出的射频信号，先经由相位检测进行相位比较后再经稳定单元反馈至电光色散调制器，从而实现待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的全频带宽稳定控制。
8.根据权利要求7所述的超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制系统，其特征在于：
所述拍频信号探测单元包括按照信号传输方向依次设置的快速光电探测器、带通滤波器、信号放大器；
所述相位检测及稳定单元包括按照信号传输方向依次设置的相位探测器、锁相放大器以及反馈单元。
9.一种超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制系统，所述超短光脉冲放大压缩系统包括脉冲展宽器、降频放大单元以及脉冲压缩器；
其特征在于：所述稳定控制系统包括偏置频率稳定钛宝石振荡器、锁模光纤振荡器、第五分束镜、第一双色镜、电光色散调制器、第二双色镜、第三双色镜、第四双色镜、声光移频单元、拍频信号探测单元、功率谱密度测量单元以及相位检测及稳定单元；
声光移频单元包括声光移频器以及一个向声光移频器施加稳频信号的射频信号源；
锁模光纤振荡器的出射光经第五分束镜分为一路探测光和一路参考光；
偏置频率稳定钛宝石振荡器出射光的种子光和锁模光纤振荡器分出的探测光经第一双色镜合束后依次经过电光色散调制器、脉冲展宽器后再经过第二双色镜分束成种子光和探测光，分束后的种子光先通过降频放大单元进行放大；
分束后的探测光由第三双色镜与放大后的种子光再次合束，再通过脉冲压缩器，并由第四双色镜分束出放大光和探测光；放大光直接输出；
此后探测光经声光移频器后其上加载了射频信号源发出的射频信号，最终产生一个相对于参考光偏置频率的附加偏置频率，携带附加偏置频率的探测光与参考光同时到达拍频信号探测单元，从而产生拍频信号；
一部分拍频信号被功率谱密度测量单元接收，测量出待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的噪声谱；
另外一部分拍频信号与射频信号源发出的射频信号，先经由相位检测进行相位比较后再经稳定单元反馈至电光色散调制器，从而实现待测超短光脉冲放大压缩系统产生的CEP的全频带宽稳定控制。
10.根据权利要求9所述的超短光脉冲放大压缩系统CEP稳定控制系统，其特征在于：所述拍频信号探测单元包括按照信号传输方向依次设置的快速光电探测器、带通滤波器、信号放大器；
所述相位检测及稳定单元包括按照信号传输方向依次设置的相位探测器、锁相放大器以及反馈单元。
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