CN113659418A - 一种基于双环形集成谐振腔的四光梳同步生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于双环形集成谐振腔的四光梳同步生成方法，所述方法使泵浦源输出泵浦光，向增益模块提供泵浦并生成激光，在双环形集成谐振腔内循环传播，切断第二分路的光路，使激光只能经过第一分路在腔内传播，并生成双光梳；切断第一分路的光路，恢复第二分路的光路，使激光只能经过第二分路在腔内传播并生成双光梳；恢复第一分路和第二分路的光路，记录重复频率，调节两个分路引入的光程，再生成同步四光梳。本发明所述方法相干性好、可集成性好、重复频率可调性好，并且成本低易实现。

Description

一种基于双环形集成谐振腔的四光梳同步生成方法
技术领域
本发明属于激光技术领域，特别是涉及一种基于双环形集成谐振腔的四光梳同步生成方法。
背景技术
远距离高精度激光测距技术是卫星编队飞行等尖端航天领域中的关键技术组成部分，对于我国发展深空探测科学领域具有重要意义。相比于传统激光测距方法，基于光梳的新型激光测距方法兼有范围远、精度高、速度快的优点，如2000年Minoshima等提出的光梳模间拍频干涉测距方法、2009年Coddington等提出的双光梳光学采样干涉测距方法以及2018年张福民等提出的三光梳多外差干涉测距方法等。随着光源扩展至三光梳，测距方法的不模糊测量范围也扩展至150米，并可根据该研究进一步预测，应用不同重复频率的四光梳，将使得测距不模糊范围进一步扩展至百公里以上。因此四光梳光源的研制是远距离高精度激光测距技术所面临的下一阶段性难题，对于星间测距、卫星编队以及我国深空探测事业的发展都具有重大意义，亟待解决。
上述需求对四光梳光源在集成性、相干性和重复频率可调性等方面都提出了较高要求。深空探测技术，要求上天的装置体积小，因此对四光梳提出集成性要求；光梳测距方法属于一种激光干涉测距方法，对四光梳提出相干性要求；光梳测距方法为了提升”不模糊测量范围“，对四光梳的重复频率值有不同的要求，需要较为灵活的重复频率可调性。现有四光梳同步生成方法，根据所使用的激光器类型，可分为固体激光器实现方法、微谐振腔激光器实现方法和光纤激光器实现方法。
固体激光器实现方法：目前现有技术中提出在同一台固体锁模激光器中，通过合理地分配腔内空间、设计多条不同长度的谐振光路，实现大功率、重复频率可调的多光梳同步生成的方法，可用于四光梳生成。但是该方法基于纯空间光路结构，光路调节难度极大，对装置与环境的稳定性要求极高，体积庞大、价格昂贵，限制了该方法的实际应用。此外，尽管多条谐振光路共用同一套装置，但使用的仍然是装置的不同部分，光束透过增益介质的不同区域所生成的光梳也无法保证较好的相干性。
微谐振腔激光器实现方法：目前现有技术中提出使用多个集成微谐振腔，分别生成光梳，实现高度集成的多光梳同步生成的方法，可用于四光梳生成。但是微腔半导体产品一经制造完成则无法再次调整重复频率，且受半导体加工精度和工艺限制，在实际应用中难以保证所生成的多个光梳特性一致，影响相干性，并且成本高昂。
光纤激光器实现方法：使用光纤激光器同步生成四光梳的方法，则兼顾了集成性与低成本的优点。目前现有技术中提出在一个光纤锁模激光器内，通过使用光学滤波器分割增益频带，在光学滤波器的四个光学通带范围内分别生成光梳，即可实现高度集成的同步四光梳生成的方法，但是该方法所生成的四光梳在原理上具有相互分离的光谱，无法直接用于光梳干涉测量当中。文献[Ting Li et al.Tri-Comb and Quad-Comb GenerationBased on a Multi-Dimensional Multiplexed Mode-Locked Laser.J.LightwaveTechnol.2019,37:5178-5184]提出多维度复用的方法，使用光学滤波器将激光器的增益频带仅分为两部分，再利用保偏光纤在每个光学通带范围内同时生成不同偏振态的光梳，即可实现高度集成、可直接干涉的同步四光梳生成，但是该方法生成四光梳的重复频率差值仅来源于不同波长和保偏光纤不同光轴的折射率差值，导致重复频率可调性受到局限，只能对四光梳同步地调节，难以通过对其中部分光梳的重复频率单独调节以实现较大的重复频率差值，因此在测距应用中将会限制其对不模糊测量范围的进一步扩展。
综上所述，目前远距离高精度测距技术亟需一种兼顾集成性和相干性的四光梳光源。特别地，双环形集成谐振腔作为一种有潜力的实现装置尚缺少一种同步生成四光梳的方法。
发明内容
本发明是为了提供一种兼顾集成性、相干性和重复频率可调性的四光梳光源，用于远距离高精度的光梳绝对测距技术，从而提供了一种基于双环形集成谐振腔的四光梳同步生成方法。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种基于双环形集成谐振腔的四光梳同步生成方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：使泵浦源4输出泵浦光，向增益模块5提供泵浦并生成激光，在双环形集成谐振腔7内循环传播；初始状态下，激光在增益模块5处沿着顺时针方向传播，或沿着逆时针方向传播；在第一光纤环行器15和第二光纤环行器9的同时引导下，激光的传播方向决定了激光的循环传播路径，顺时针方向传播的激光经过第一分路10返回增益模块5，逆时针方向传播的激光经过第二分路1返回增益模块5；上述两个传播路径的激光分别在第一锁模器件14和第二锁模器件8的锁模作用下生成光梳，初始状态下生成的光梳为单光梳或者多光梳；
步骤二：切断第二分路1的光路，使激光只能经过第一分路10在腔内传播，并生成光梳；使用光谱仪探测第一光学耦合器13的腔外输出端口所输出的光梳，并调节第一光学滤波器12，直到在光谱仪中观察到具有不同中心波长的双光梳的生成；如果无论怎样调节第一光学滤波器12都无法观察到双光梳生成，则提高泵浦源4的输出功率，再次调节第一光学滤波器12直到双光梳生成；继续通过调节第一光学滤波器12来调节双光梳光谱参数，观察并记录双光梳光谱参数的可调范围；
步骤三：切断第一分路10的光路，恢复第二分路1的光路，使激光只能经过第二分路1在腔内传播并生成光梳；使用光谱仪探测第二光学耦合器6的腔外输出端口所输出的光梳，并调节第二光学滤波器3，直到在光谱仪中观察到具有不同中心波长的双光梳的生成；如果无论怎样调节第二光学滤波器3都无法观察到双光梳生成，则提高泵浦源4的输出功率，再次调节第二光学滤波器3直到双光梳生成；继续通过调节第二光学滤波器3来调节双光梳光谱参数，观察并记录双光梳光谱参数的可调范围；
步骤四：根据步骤二和步骤三所记录的光谱参数可调范围，选择满足实际应用需求的光谱参数作为调节目标，重复步骤二和步骤三中的光谱参数调节过程，直到两个分路生成的双光梳满足需求；
步骤五：恢复第一分路10和第二分路1的光路；使用光谱仪同时探测第一光学耦合器13的腔外输出端口和第二光学耦合器6的腔外输出端口所输出的光梳，并调节第一光学衰减器11和第二光学衰减器2，直到在光谱仪中观察到两个光学耦合器同时输出双光梳，即为实现了四光梳的同步生成；如果只有第一光学耦合器13输出双光梳，而第二光学耦合器6无输出，则调节第一光学衰减器11增大第一分路10引入的损耗，直到四光梳生成；如果只有第二光学耦合器6输出双光梳，而第一光学耦合器13无输出，则调节第二光学衰减器2增大第二分路1引入的损耗，直到四光梳生成；如果两个光学耦合器均未能输出双光梳，或者无论怎样调节光学衰减器都无法观察到四光梳生成，则提高泵浦源4的输出功率，调节两个光学衰减器至损耗最小，再次重复步骤二至步骤五直到四光梳同步生成；
步骤六：使用光电探测器分别探测第一光学耦合器13的腔外输出端口和第二光学耦合器6的腔外输出端口，使用频谱仪记录所生成四光梳各自的重复频率，利用其中某个待调整光梳的当前重复频率值frep0和目标重复频率值frep1，根据下列关系式：
Figure BDA0003216038460000031
分析该光梳相应分路需要增加的光程ΔL，公式中c为真空光速；调节两个分路引入的光程后，如果不能维持步骤五中已经实现的四光梳同步生成状态，则调节两个光学衰减器至损耗最小，再次重复步骤二至步骤五直到四光梳同步生成。
进一步地，步骤一中向增益模块5提供泵浦的方式包括：第一种方式：使用单台泵浦源进行单向泵浦；第二种方式：使用多台泵浦源通过光纤偏振合束器合为一束后进行单向泵浦；第三种方式：使用多台泵浦源进行双向泵浦。
进一步地，步骤二、步骤三和步骤五中所述的切断和恢复两个分路的方法包括：第一种方法：在第一分路10和第二分路1中分别插入自由空间光路，切断光路时则使用不透光材料遮挡光路，恢复光路时则移除光路中的不透光材料；第二种方法：在第一分路10和第二分路1中分别插入光纤衰减器，切断光路时则调节光纤衰减器至损耗最大，恢复光路时则调节光纤衰减器至损耗最小。
进一步地，步骤二和步骤三中的光学滤波器的实现方法与调节方法包括：第一种实现方法与调节方法：通过偏振分光棱镜、1/2波片、1/4波片的组合实现等效光学滤波器，通过旋转各波片调节等效光学滤波器；第二种实现方法与调节方法：通过偏振片、1/2波片、1/4波片的组合实现等效光学滤波器，通过旋转各波片调节等效光学滤波器；第三种实现方法与调节方法：通过将光纤偏振控制器和光纤起偏器连接起来实现等效光学滤波器，通过调节光纤偏振控制器调节等效光学滤波器。
进一步地，步骤五中的光学衰减器的实现方法与调节方法包括：第一种实现方法与调节方法：使用一对光纤准直器，在腔内插入自由空间光路，光纤准直器之间的准直效果可引入额外的光学损耗，调节光纤准直器方向则等效地实现调节光学衰减器；第二种实现方法与调节方法：在腔内插入光纤衰减器，直接调节其引入的损耗。
进一步地，步骤六中所述的调节两个分路引入的光程的方法包括：第一种方法：通过光纤熔接技术改变分路的光纤长度，从而改变分路引入的光程；第二种方法：使用成对的光纤准直器，在分路内插入自由空间光路，改变光纤准直器之间的距离，从而改变分路引入的光程。
本发明有益效果为：
1、相干性好。使用本发明所提供的方法即可实现四光梳的同步生成，其光谱特性可依靠腔内的光学滤波器进行调节，因此可以通过调节光学滤波器实现其中部分光梳的光谱重合，用于干涉测量；由于四光梳为同源光梳，可以保证其相干性。
2、可集成性好。本发明所提供的方法并不依赖于庞大的装置，而是使用光纤双环形集成谐振腔来实现，可以保证本发明的可集成性，使得本方法可以应用于便携测量仪器中。
3、重复频率可调性好。本发明所提供的方法生成的四光梳来自同一集成谐振腔内的两条不同谐振传播路径，不同传播路径中生成光梳的重复频率可以通过单独调节两个分路的长度实现单独调节，因此可以实现较大的重复频率差值，用于在光梳绝对测距中实现扩展不模糊测量范围。
4、成本低易实现。本发明所提供的方法涉及装置仅使用单模非保偏光纤即可实现，光纤器件及其熔接具有成熟的工艺和低廉的成本。
附图说明
图1为本发明所提供的双环形集成谐振腔同步生成四光梳方法所涉及双环形集成谐振腔装置的示意图；
图2为本发明所提供实施例中所涉及双环形集成谐振腔装置的示意图；
图3为本发明所提供实施例中步骤六所涉及四光梳的一种可能得到的重复频率频谱曲线图；
图4为本发明所提供实施例中步骤二、步骤三和步骤五所涉及双光梳的一种可能的光谱曲线图；
图5为本发明所提供实施例中步骤五所涉及四光梳的一种可能的光谱曲线图；
图6为本发明所提供实施例中步骤五所涉及四光梳的一种可能的波形时域图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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没有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。
结合图1-6，本发明提出一种基于双环形集成谐振腔的四光梳同步生成方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：使泵浦源4输出泵浦光，向增益模块5提供泵浦并生成激光，在双环形集成谐振腔7内循环传播；初始状态下，激光在增益模块5处沿着顺时针方向传播，或沿着逆时针方向传播；在第一光纤环行器15和第二光纤环行器9的同时引导下，激光的传播方向决定了激光的循环传播路径，顺时针方向传播的激光经过第一分路10返回增益模块5，逆时针方向传播的激光经过第二分路1返回增益模块5；上述两个传播路径的激光分别在第一锁模器件14和第二锁模器件8的锁模作用下生成光梳，初始状态下生成的光梳为单光梳或者多光梳；
步骤二：切断第二分路1的光路，使激光只能经过第一分路10在腔内传播，并生成光梳；使用光谱仪探测第一光学耦合器13的腔外输出端口所输出的光梳，并调节第一光学滤波器12，直到在光谱仪中观察到具有不同中心波长的双光梳的生成；如果无论怎样调节第一光学滤波器12都无法观察到双光梳生成，则提高泵浦源4的输出功率，再次调节第一光学滤波器12直到双光梳生成；继续通过调节第一光学滤波器12来调节双光梳光谱参数，观察并记录双光梳光谱参数的可调范围；
步骤三：切断第一分路10的光路，恢复第二分路1的光路，使激光只能经过第二分路1在腔内传播并生成光梳；使用光谱仪探测第二光学耦合器6的腔外输出端口所输出的光梳，并调节第二光学滤波器3，直到在光谱仪中观察到具有不同中心波长的双光梳的生成；如果无论怎样调节第二光学滤波器3都无法观察到双光梳生成，则提高泵浦源4的输出功率，再次调节第二光学滤波器3直到双光梳生成；继续通过调节第二光学滤波器3来调节双光梳光谱参数，观察并记录双光梳光谱参数的可调范围；
步骤四：根据步骤二和步骤三所记录的光谱参数可调范围，选择满足实际应用需求的光谱参数作为调节目标，重复步骤二和步骤三中的光谱参数调节过程，直到两个分路生成的双光梳满足需求；
步骤五：恢复第一分路10和第二分路1的光路；使用光谱仪同时探测第一光学耦合器13的腔外输出端口和第二光学耦合器6的腔外输出端口所输出的光梳，并调节第一光学衰减器11和第二光学衰减器2，直到在光谱仪中观察到两个光学耦合器同时输出双光梳，即为实现了四光梳的同步生成；如果只有第一光学耦合器13输出双光梳，而第二光学耦合器6无输出，则调节第一光学衰减器11增大第一分路10引入的损耗，直到四光梳生成；如果只有第二光学耦合器6输出双光梳，而第一光学耦合器13无输出，则调节第二光学衰减器2增大第二分路1引入的损耗，直到四光梳生成；如果两个光学耦合器均未能输出双光梳，或者无论怎样调节光学衰减器都无法观察到四光梳生成，则提高泵浦源4的输出功率，调节两个光学衰减器至损耗最小，再次重复步骤二至步骤五直到四光梳同步生成；
步骤六：使用光电探测器分别探测第一光学耦合器13的腔外输出端口和第二光学耦合器6的腔外输出端口，使用频谱仪记录所生成四光梳各自的重复频率，利用其中某个待调整光梳的当前重复频率值frep0和目标重复频率值frep1，根据下列关系式：
Figure BDA0003216038460000071
分析该光梳相应分路需要增加的光程ΔL，增加的光程ΔL经过计算可能为正数也可能为负数，如果ΔL为正数，则调节光程实际为增长光程；负数则实际为缩短光程。公式中c为真空光速；调节两个分路引入的光程后，如果不能维持步骤五中已经实现的四光梳同步生成状态，则调节两个光学衰减器至损耗最小，再次重复步骤二至步骤五直到四光梳同步生成。
步骤一中向增益模块5提供泵浦的方式包括：第一种方式：使用单台泵浦源进行单向泵浦；第二种方式：使用多台泵浦源通过光纤偏振合束器合为一束后进行单向泵浦；第三种方式：使用多台泵浦源进行双向泵浦。
步骤二、步骤三和步骤五中所述的切断和恢复两个分路的方法包括：第一种方法：在第一分路10和第二分路1中分别插入自由空间光路，切断光路时则使用不透光材料遮挡光路，恢复光路时则移除光路中的不透光材料；第二种方法：在第一分路10和第二分路1中分别插入光纤衰减器，切断光路时则调节光纤衰减器至损耗最大，恢复光路时则调节光纤衰减器至损耗最小。
步骤二和步骤三中的光学滤波器的实现方法与调节方法包括：第一种实现方法与调节方法：通过偏振分光棱镜、1/2波片、1/4波片的组合实现等效光学滤波器，通过旋转各波片调节等效光学滤波器；第二种实现方法与调节方法：通过偏振片、1/2波片、1/4波片的组合实现等效光学滤波器，通过旋转各波片调节等效光学滤波器；第三种实现方法与调节方法：通过将光纤偏振控制器和光纤起偏器连接起来实现等效光学滤波器，通过调节光纤偏振控制器调节等效光学滤波器。
步骤五中的光学衰减器的实现方法与调节方法包括：第一种实现方法与调节方法：使用一对光纤准直器，在腔内插入自由空间光路，光纤准直器之间的准直效果可引入额外的光学损耗，调节光纤准直器方向则等效地实现调节光学衰减器；第二种实现方法与调节方法：在腔内插入光纤衰减器，直接调节其引入的损耗。
步骤六中所述的调节两个分路引入的光程的方法包括：第一种方法：通过光纤熔接技术改变分路的光纤长度，从而改变分路引入的光程；第二种方法：使用成对的光纤准直器，在分路内插入自由空间光路，改变光纤准直器之间的距离，从而改变分路引入的光程。
下面结合具体实施方式对本发明所提供的方法进一步地详细描述。
步骤一：如图2所示，使第一泵浦源21和第二泵浦源24输出泵浦光，向增益模块19提供双向泵浦，泵浦光分别通过第一波分复用器20和第二波分复用器25进入稀土掺杂光纤23，掺杂光纤在泵浦光的激励下生成激光，在双环形集成谐振腔22内传播；初始状态下，激光在增益模块19处可能沿着顺时针方向传播，也可能沿着逆时针方向传播；在第一光纤环行器42和第二光纤环行器29的同时引导下，激光的传播方向决定了激光的循环传播路径，顺时针方向传播的激光经过第一分路41返回增益模块19，逆时针方向传播的激光经过第二分路28返回增益模块19；上述两个传播路径的激光分别在第一锁模器件39和第二锁模器件26的锁模作用下生成光梳，初始状态下生成的光梳可能为单光梳或者多光梳，但是均不影响后续步骤。
步骤二：使用不透光的纸板，插入第二分路28中的第三光纤准直器33和第四光纤准直器16之间的一段自由空间光路中遮挡住光路，使激光只能经过第一分路41在腔内传播并生成光梳；使用光谱仪探测第一光学耦合器40的腔外输出端口所输出的光梳，并且同时旋转第一1/4波片34、第一1/2波片32和第二1/4波片31，上述波片和第一偏振分光棱镜35共同等效为光学滤波器，持续旋转上述波片直到在光谱仪中观察到具有不同中心波长的双光梳的生成；如果无论怎样旋转第一1/4波片34、第一1/2波片32和第二1/4波片31都无法观察到双光梳生成，则提高第一泵浦源21和第二泵浦源24的输出功率，再次同时旋转上述波片直到双光梳生成；继续通过旋转第一1/4波片34、第一1/2波片32和第二1/4波片31来调节双光梳光谱参数，观察并记录双光梳光谱参数的可调范围。
步骤三：将插入在第二分路28中自由空间光路的不透光纸板移除，插入第一分路41中的第一光纤准直器37和第二光纤准直器30之间的一段自由空间光路中遮挡住光路，使激光只能经过第二分路28在腔内传播并生成光梳；使用光谱仪探测第二光学耦合器27的腔外输出端口所输出的光梳，并且同时旋转第三1/4波片38、第二1/2波片18和第四1/4波片17，上述波片和第二偏振分光棱镜36共同等效为光学滤波器，持续旋转上述波片直到在光谱仪中观察到具有不同中心波长的双光梳的生成；如果无论怎样旋转第三1/4波片38、第二1/2波片18和第四1/4波片17都无法观察到双光梳生成，则提高第一泵浦源21和第二泵浦源24的输出功率，再次同时旋转上述波片直到双光梳生成；继续通过旋转第三1/4波片38、第二1/2波片18和第四1/4波片17来调节双光梳光谱参数，观察并记录双光梳光谱参数的可调范围。
步骤四：根据步骤二和步骤三所记录的光谱参数可调范围，选择满足实际应用需求的光谱参数作为调节目标，重复步骤二和步骤三中的光谱参数调节过程，直到两个分路生成的双光梳满足需求。
步骤五：将插入在第一分路41或第二分路28中自由空间光路的不透光纸板移除；使用光谱仪同时探测第一光学耦合器40的腔外输出端口和第二光学耦合器27的腔外输出端口，并且同时调节第一光纤准直器37、第二光纤准直器30、第三光纤准直器33和第四光纤准直器16的方向，即等效地调节第一光纤准直器37和第二光纤准直器30之间的耦合损耗，以及第三光纤准直器33和第四光纤准直器16之间的耦合损耗，持续调节上述光纤准直器直到在光谱仪中观察到两个光学耦合器同时输出双光梳，即为实现了四光梳的同步生成；如果只有第一光学耦合器40输出双光梳，而第二光学耦合器27无输出，则调节第一光纤准直器37和第二光纤准直器30增大耦合损耗，直到四光梳生成；如果只有第二光学耦合器27输出双光梳，而第一光学耦合器40无输出，则调节第三光纤准直器33和第四光纤准直器16增大耦合损耗，直到四光梳生成；如果两个光学耦合器均未能输出双光梳，或者无论怎样调节光纤准直器都无法观察到四光梳生成，则提高泵浦源的输出功率，调节光纤准直器方向至耦合损耗最小，再次重复步骤二至步骤五直到四光梳生成。
步骤六：使用光电探测器分别探测第一光学耦合器40的腔外输出端口和第二光学耦合器27的腔外输出端口，使用频谱仪记录所生成四光梳各自的重复频率；根据其中某个待调整光梳的当前重复频率值frep0和目标重复频率值frep1，根据下列关系式
Figure BDA0003216038460000091
分析该光梳相应分路需要增加的光程ΔL，公式中c为真空光速，调节第一光纤准直器37和第二光纤准直器30之间的距离，以及调节第三光纤准直器33和第四光纤准直器16之间的距离，来实现对两个分路引入光程的调节，从而改变四光梳的重复频率，实现了较大的重复频率差值，一种可能得到的重复频率频谱曲线如图3所示，图中四个最高强度的信号为四光梳的重复频率频谱，其他较弱的信号为重复频率的拍信号；调节两个分路引入的光程后，如果不能维持步骤五中已经实现的四光梳同步生成状态，则调节光学衰减器至损耗最小，再次重复步骤二至步骤五直到四光梳生成。
步骤二、步骤三和步骤五中所述的观察到双光梳生成，其现象为在光谱仪上可以观察到两个具有不同中心波长的光梳同时存在，因此其光谱应该为“马鞍形”曲线，一种可能得到的光谱曲线如图4所示；由于两个光梳的中心波长和光谱宽度为可调参数，因此实际观察到的光谱参数可能与图4不同，但是应该具有类似的“马鞍形”特点。
步骤五中所述的观察到两个光学耦合器同时输出双光梳即同步生成四光梳，其现象为在两台光谱仪上同时观察到两组相同的如图4所示的“马鞍形”光谱曲线，或者同时观察到两组不同的如图5所示的光谱曲线；如果受仪器条件限制无法同时观测光谱，还可以使用光电探测器同时探测第一光学耦合器40和第二光学耦合器27输出的光束，使用示波器观察光电探测器得到的时域信号，如果观察到如图6所示的四脉冲序列时域波形，说明实现了四光梳的同步生成；由于脉冲间隔为可调参数，因此实际观察到的时域波形可能与图6不同，但是应该具有类似的四脉冲现象。
步骤五中所述的调节光纤准直器方向至耦合损耗最小的方法为：保持泵浦源输出功率不变，使用不透光的纸板，插入第二分路28中的自由空间光路中，单独调节第一光纤准直器37和第二光纤准直器30之间的耦合损耗；使用光功率计探测第一光学耦合器40的腔外输出端口，并且同时调节第一光纤准直器37和第二光纤准直器30，直到光功率计探测得到最大的输出光功率值，此时上述两个光纤准直器之间的耦合损耗被调节至最小；将插入在第二分路28中的不透光纸板移除，插入第一分路41中的自由空间光路中，单独调节第三光纤准直器33和第四光纤准直器16之间的耦合损耗；使用光功率计探测第二光学耦合器27的腔外输出端口，并且同时调节第三光纤准直器33和第四光纤准直器16，直到光功率计探测得到最大的输出光功率值，此时上述两个光纤准直器之间的耦合损耗被调节至最小；通过上述方法可以调节四个光纤准直器至耦合损耗最小。
以上对本发明所提出的一种基于双环形集成谐振腔的四光梳同步生成方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于双环形集成谐振腔的四光梳同步生成方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一：使泵浦源(4)输出泵浦光，向增益模块(5)提供泵浦并生成激光，在双环形集成谐振腔(7)内循环传播；初始状态下，激光在增益模块(5)处沿着顺时针方向传播，或沿着逆时针方向传播；在第一光纤环行器(15)和第二光纤环行器(9)的同时引导下，激光的传播方向决定了激光的循环传播路径，顺时针方向传播的激光经过第一分路(10)返回增益模块(5)，逆时针方向传播的激光经过第二分路(1)返回增益模块(5)；上述两个传播路径的激光分别在第一锁模器件(14)和第二锁模器件(8)的锁模作用下生成光梳，初始状态下生成的光梳为单光梳或者多光梳；
步骤二：切断第二分路(1)的光路，使激光只能经过第一分路(10)在腔内传播，并生成光梳；使用光谱仪探测第一光学耦合器(13)的腔外输出端口所输出的光梳，并调节第一光学滤波器(12)，直到在光谱仪中观察到具有不同中心波长的双光梳的生成；如果无论怎样调节第一光学滤波器(12)都无法观察到双光梳生成，则提高泵浦源(4)的输出功率，再次调节第一光学滤波器(12)直到双光梳生成；继续通过调节第一光学滤波器(12)来调节双光梳光谱参数，观察并记录双光梳光谱参数的可调范围；
步骤三：切断第一分路(10)的光路，恢复第二分路(1)的光路，使激光只能经过第二分路(1)在腔内传播并生成光梳；使用光谱仪探测第二光学耦合器(6)的腔外输出端口所输出的光梳，并调节第二光学滤波器(3)，直到在光谱仪中观察到具有不同中心波长的双光梳的生成；如果无论怎样调节第二光学滤波器(3)都无法观察到双光梳生成，则提高泵浦源(4)的输出功率，再次调节第二光学滤波器(3)直到双光梳生成；继续通过调节第二光学滤波器(3)来调节双光梳光谱参数，观察并记录双光梳光谱参数的可调范围；
步骤四：根据步骤二和步骤三所记录的光谱参数可调范围，选择满足实际应用需求的光谱参数作为调节目标，重复步骤二和步骤三中的光谱参数调节过程，直到两个分路生成的双光梳满足需求；
步骤五：恢复第一分路(10)和第二分路(1)的光路；使用光谱仪同时探测第一光光学耦合器(13)的腔外输出端口和第二光学耦合器(6)的腔外输出端口所输出的光梳，并调节第一光学衰减器(11)和第二光学衰减器(2)，直到在光谱仪中观察到两个光学耦合器同时输出双光梳，即为实现了四光梳的同步生成；如果只有第一光学耦合器(13)输出双光梳，而第二光学耦合器(6)无输出，则调节第一光学衰减器(11)增大第一分路(10)引入的损耗，直到四光梳生成；如果只有第二光学耦合器(6)输出双光梳，而第一光学耦合器(13)无输出，则调节第二光学衰减器(2)增大第二分路(1)引入的损耗，直到四光梳生成；如果两个光学耦合器均未能输出双光梳，或者无论怎样调节光学衰减器都无法观察到四光梳生成，则提高泵浦源(4)的输出功率，调节两个光学衰减器至损耗最小，再次重复步骤二至步骤五直到四光梳同步生成；
步骤六：使用光电探测器分别探测第一光学耦合器(13)的腔外输出端口和第二光学耦合器(6)的腔外输出端口，使用频谱仪记录所生成四光梳各自的重复频率，利用其中某个待调整光梳的当前重复频率值frep0和目标重复频率值frep1，根据下列关系式：
Figure FDA0003216038450000021
分析该光梳相应分路需要增加的光程ΔL，公式中c为真空光速；调节两个分路引入的光程后，如果不能维持步骤五中已经实现的四光梳同步生成状态，则调节两个光学衰减器至损耗最小，再次重复步骤二至步骤五直到四光梳同步生成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤一中向增益模块(5)提供泵浦的方式包括：第一种方式：使用单台泵浦源进行单向泵浦；第二种方式：使用多台泵浦源通过光纤偏振合束器合为一束后进行单向泵浦；第三种方式：使用多台泵浦源进行双向泵浦。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤二、步骤三和步骤五中所述的切断和恢复两个分路的方法包括：第一种方法：在第一分路(10)和第二分路(1)中分别插入自由空间光路，切断光路时则使用不透光材料遮挡光路，恢复光路时则移除光路中的不透光材料；第二种方法：在第一分路(10)和第二分路(1)中分别插入光纤衰减器，切断光路时则调节光纤衰减器至损耗最大，恢复光路时则调节光纤衰减器至损耗最小。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤二和步骤三中的光学滤波器的实现方法与调节方法包括：第一种实现方法与调节方法：通过偏振分光棱镜、1/2波片、1/4波片的组合实现等效光学滤波器，通过旋转各波片调节等效光学滤波器；第二种实现方法与调节方法：通过偏振片、1/2波片、1/4波片的组合实现等效光学滤波器，通过旋转各波片调节等效光学滤波器；第三种实现方法与调节方法：通过将光纤偏振控制器和光纤起偏器连接起来实现等效光学滤波器，通过调节光纤偏振控制器调节等效光学滤波器。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤五中的光学衰减器的实现方法与调节方法包括：第一种实现方法与调节方法：使用一对光纤准直器，在腔内插入自由空间光路，光纤准直器之间的准直效果可引入额外的光学损耗，调节光纤准直器方向则等效地实现调节光学衰减器；第二种实现方法与调节方法：在腔内插入光纤衰减器，直接调节其引入的损耗。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤六中所述的调节两个分路引入的光程的方法包括：第一种方法：通过光纤熔接技术改变分路的光纤长度，从而改变分路引入的光程；第二种方法：使用成对的光纤准直器，在分路内插入自由空间光路，改变光纤准直器之间的距离，从而改变分路引入的光程。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RUITAO YANG ET AL.: ""A Multidimensional Multiplexing Mode-Locked Laser Based on a Dual-Ring Integrative Structure for Tri-Comb Generation"", 《APPLIED SCIENCES》 *
TING LI ET AL.: ""Tri-Comb and Quad-Comb Generation Based on a Multi-Dimensional Multiplexed Mode-Locked Laser"", 《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》 *

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