CN113363794A - 一种双重复频率光学频率梳光源 - Google Patents

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尚福洲
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    • H01S3/1106—Mode locking

Abstract

本发明提供了一种双重复频率光学频率梳光源，其中，第一泵浦源和第二泵浦源分别通过波分复用器1和波分复用器2激励掺杂光纤产生激光；第一环形器和第二环形器用于控制飞秒激光的传输方向，形成两个相互独立的环形谐振腔。本发明采用两个环形器的组合，利用其单向传输的特性，在一台锁模光纤激光器内形成两个相互独立的环形谐振腔，使用压电陶瓷分别对两个谐振腔的腔长进行调谐，实现了双重复频率的飞秒激光脉冲输出，解决了现有技术需要两台锁模光纤激光器的问题，体积较小，控制系统相对简单，而且频率差相对稳定。

Description

一种双重复频率光学频率梳光源
技术领域
本发明属于双光学频率梳测量技术领域，涉及一种双重复频率光学频率梳光源。
背景技术
基于锁模光纤激光器的飞秒光学频率梳建立了微波频率和光学频率之间的联系，在高精密测量领域有着重要的应用。基于双光学频率梳的测量技术是近年来的研究热点，其基本原理是利用两个重复频率稍有差别的光学频率梳进行外差干涉，通过在时域上提取干涉波形或者在频域上提取光谱信息进行处理，从而获得被测物体的信息。
采用双光学频率梳进行测量的前提是要有两个重复频率稍有差别的光学频率梳光源，现有技术是采用两台独立的锁模光纤激光器，体积较为庞大，而且为保证双光梳之间的相干性，反馈控制系统较为复杂。同时，外界温度变化和振动等环境因素对两台独立的锁模光纤激光器的影响无法保证一致，会使两者之间的频率差产生波动，这些都在一定程度上制约了双光学频率梳测量技术的应用。
现有技术方案的缺点在于采用两台独立的锁模光纤激光器，体积较为庞大，而且为保证双光梳之间的相干性，反馈控制系统极为复杂。同时，外界温度变化和振动等环境因素对两台独立的锁模光纤激光器的影响无法保证一致，会使两者之间的频率差产生波动，这些都在一定程度上制约了双光学频率梳测量技术的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双重复频率输出的光学频率梳光源，解决了现有双光梳光源体积庞大，反馈控制系统结构复杂的问题。
本发明的技术方案如下：一种双重复频率光学频率梳光源，包括：第一泵浦源、第一波分复用器、第二泵浦源、第二波分复用器、掺杂光纤、第一环形器、第一准直器、第一1/4波片、第一1/2波片、第一偏振分束棱镜、第二1/4波片、第一隔离器、第二准直器、第一压电陶瓷、第二环形器、第二压电陶瓷、第三准直器、第三1/4波片、第二1/2波片、第二偏振分束棱镜、第四1/4波片、第二隔离器和第四准直器；第一泵浦源和第二泵浦源采用双向泵浦方式，通过第一波分复用器和第二波分复用器激励掺杂光纤产生激光，分别在上支路和下支路传输；其中上支路由第一环形器的第二端口输入，第三端口输出，经过第一准直器、第一1/4波片、第一1/2波片、第一偏振分束棱镜、第二1/4波片、第一隔离器、第二准直器和第一压电陶瓷后，由第二环形器的第一端口输入，第二端口输出；下支路由第二环形器的第二端口输入，第三端口输出，经过第二压电陶瓷、第三准直器、第三1/4波片、第二1/2波片、第二偏振分束棱镜、第四1/4波片、第二隔离器和第四准直器后，由第一环形器的第一端口输入，第二端口输出；通过采用第一环形器和第二环形器的组合，形成两个相互独立的环形谐振腔，控制第一压电陶瓷和第二压电陶瓷，对应改变两个谐振腔的腔长，从而实现两个不同重复频率的飞秒激光脉冲输出。
上述中，所述第一泵浦源和第二泵浦源分别通过第一波分复用器和第二波分复用器激励掺杂光纤产生激光。
上述中，所述第一准直器、第一1/4波片、第一1/2波片、第一偏振分束棱镜、第二1/4波片、第一隔离器和第二准直器，第三准直器、第三1/4波片、第二1/2波片、第二偏振分束棱镜、第四1/4波片、第二隔离器和第四准直器，用于实现飞秒激光的非线性偏振旋转锁模。
上述中，所述第一压电陶瓷和第二压电陶瓷用于对谐振腔的腔长进行调谐，控制飞秒激光的重复频率。
采用上述方案，本发明采用两个环形器的组合，利用其单向传输的特性，在一台锁模光纤激光器内形成两个相互独立的环形谐振腔，使用压电陶瓷分别对两个谐振腔的腔长进行调谐，实现了双重复频率的飞秒激光脉冲输出，解决了现有技术需要两台锁模光纤激光器的问题，体积较小，控制系统相对简单，而且频率差相对稳定。
附图说明
图1为本发明双重复频率光学频率梳光源示意图。
图2为压电陶瓷驱动电压与位移量的关系曲线。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明的一个实施例是，提供一种双重复频率光学频率梳光源，包括：泵浦源1、波分复用器1、泵浦源2、波分复用器2、掺杂光纤、环形器1、准直器1、1/4波片1、1/2波片1、偏振分束棱镜1、1/4波片2、隔离器1、准直器2、压电陶瓷1、环形器2、压电陶瓷2、准直器3、1/4波片3、1/2波片2、偏振分束棱镜2、1/4波片4、隔离器2和准直器4。
上述中，泵浦源1和泵浦源2分别通过波分复用器1和波分复用器2激励掺杂光纤产生激光。
上述中，环形器1和环形器2用于控制飞秒激光的传输方向，形成两个相互独立的环形谐振腔。
上述中，准直器1、1/4波片1、1/2波片1、偏振分束棱镜1、1/4波片2、隔离器1和准直器2，准直器3、1/4波片3、1/2波片2、偏振分束棱镜2、1/4波片4、隔离器2和准直器4用于实现飞秒激光的非线性偏振旋转锁模。
上述中，压电陶瓷1和压电陶瓷2用于对谐振腔的腔长进行调谐，控制飞秒激光的重复频率。
具体工作原理如下：泵浦源1和泵浦源2采用双向泵浦方式，通过波分复用器1和波分复用器2激励掺杂光纤产生激光，分别在上支路和下支路传输。其中上支路由环形器1的端口2输入，端口3输出，经过准直器1、1/4波片1、1/2波片1、偏振分束棱镜1、1/4波片2、隔离器1、准直器2和压电陶瓷1后，由环形器2的端口1输入，端口2输出。下支路由环形器2的端口2输入，端口3输出，经过压电陶瓷2、准直器3、1/4波片3、1/2波片2、偏振分束棱镜2、1/4波片4、隔离器2和准直器4后，由环形器1的端口1输入，端口2输出。通过采用环形器1和环形器2的组合，形成两个相互独立的环形谐振腔，通过控制加载在压电陶瓷1和压电陶瓷2上的驱动电压，如图2所示，根据压电陶瓷驱动电压与位移量成正比的关系，可以对应改变两个谐振腔的腔长，从而实现两个不同重复频率的飞秒激光脉冲输出。重复频率变化量Δf与压电陶瓷位移量Δl之间的计算公式为：Δf＝(fr 2·n·Δl)/c，其中fr为重复频率，n为光纤折射率，c为光速。对于重复频率为200MHz的锁模光纤激光器，根据图2所示的关系曲线，当压电陶瓷驱动电压为60V时，对应的位移量为200μm，重复频率变化量约为39kHz。
采用上述方案，本发明采用两个环形器的组合，利用其单向传输的特性，在一台锁模光纤激光器内形成两个相互独立的环形谐振腔，使用压电陶瓷分别对两个谐振腔的腔长进行调谐，实现了双重复频率的飞秒激光脉冲输出，解决了现有技术需要两台锁模光纤激光器的问题，体积较小，控制系统相对简单，而且频率差相对稳定。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，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)

1.一种双重复频率光学频率梳光源，其特征在于，包括：第一泵浦源、第一波分复用器、第二泵浦源、第二波分复用器、掺杂光纤、第一环形器、第一准直器、第一1/4波片、第一1/2波片、第一偏振分束棱镜、第二1/4波片、第一隔离器、第二准直器、第一压电陶瓷、第二环形器、第二压电陶瓷、第三准直器、第三1/4波片、第二1/2波片、第二偏振分束棱镜、第四1/4波片、第二隔离器和第四准直器；第一泵浦源和第二泵浦源采用双向泵浦方式，通过第一波分复用器和第二波分复用器激励掺杂光纤产生激光，分别在上支路和下支路传输；其中上支路由第一环形器的第二端口输入，第三端口输出，经过第一准直器、第一1/4波片、第一1/2波片、第一偏振分束棱镜、第二1/4波片、第一隔离器、第二准直器和第一压电陶瓷后，由第二环形器的第一端口输入，第二端口输出；下支路由第二环形器的第二端口输入，第三端口输出，经过第二压电陶瓷、第三准直器、第三1/4波片、第二1/2波片、第二偏振分束棱镜、第四1/4波片、第二隔离器和第四准直器后，由第一环形器的第一端口输入，第二端口输出；通过采用第一环形器和第二环形器的组合，形成两个相互独立的环形谐振腔，控制第一压电陶瓷和第二压电陶瓷，对应改变两个谐振腔的腔长，从而实现两个不同重复频率的飞秒激光脉冲输出。
2.如权利要求1所述的双重复频率光学频率梳光源，其特征在于，所述第一泵浦源和第二泵浦源分别通过第一波分复用器和第二波分复用器激励掺杂光纤产生激光。
3.如权利要求2所述的双重复频率光学频率梳光源，其特征在于，所述第一准直器、第一1/4波片、第一1/2波片、第一偏振分束棱镜、第二1/4波片、第一隔离器和第二准直器，第三准直器、第三1/4波片、第二1/2波片、第二偏振分束棱镜、第四1/4波片、第二隔离器和第四准直器，用于实现飞秒激光的非线性偏振旋转锁模。
4.如权利要求3所述的双重复频率光学频率梳光源，其特征在于，所述第一压电陶瓷和第二压电陶瓷用于对谐振腔的腔长进行调谐，控制飞秒激光的重复频率。
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