CN114397026B - 一种相干激光频率测量方法、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相干激光频率测量方法及装置，属于相干激光频率测量方法，所述的一种相干激光频率测量方法包括以下步骤：步骤一、光频测量系统建立，步骤二、光学拍频频率的符号确定，步骤三载波包络偏置频率的符号确定；步骤四、计算相干激光频率。本方法能够完成不同光频梳设定参数下的光频测量，满足激光频率快速测量应用需求，为实时激光测量奠定基础。
Description
技术领域
本发明属于相干激光频率测量方法，特别涉及一种相干激光频率测量方法、电子设备及存储介质。
背景技术
当前，测量光学频率(ν)普遍利用光频梳测量装置，通过测量单频激光与光频梳之间的光学拍频频率(fbeat)，以及结合光频梳重复频率(frep)及载波包络偏置频率(fceo)，综合计算待测单频激光频率，即ν＝N·frep+fceo+fbeat。然而，在实际测量中，还需要确定单频激光所处光频梳纵模的序数(N)。为此，需要调节光频梳重复频率，完成不同光频梳设定参数下的光频测量。可以看出，上述测量方式无法满足实时光频测量。
发明内容
本方法能够完成不同光频梳设定参数下的光频测量，满足激光频率快速测量应用需求，为实时激光测量奠定基础，满足快速实时激光测频应用需求。
为了实现上述目的，本发明采用以下方法实现的：所述的相干激光频率测量方法采用以下几个步骤实现的，包括以下步骤
步骤一：建立光频测量系统，利用两台光频梳系统，将待测单频激光分别连接至两台光频梳，所述光频梳系统的重复频率分别为frep1和frep2(frep1≈frep2＞0且frep1＝frep，frep2＝frep+Δfrep)；载波包络偏置频率分别为fceo1和fceo2(fceo1＝fceo，fceo2＝fceo+Δfceo)；利用光学拍频探测模块分别获得光学拍频频率fbeat1和fbeat2(|fbeat1|≤frep1/2且|fbeat2|≤frep2/2)；
步骤二：利用所述两台光频梳系统中载波包络偏置频率锁相环，分别独立锁定载波包络偏置频率fceo1和fceo2，通过增大或减小重复频率frep1和frep2，根据光学拍频频率fbeat1和fbeat2的变化趋势来确定所述光学拍频频率的符号；
步骤三：利用两台光频梳系统中的重复频率锁相环，分别独立锁定重复频率frep1和frep2，根据光学拍频频率fbeat1和fbeat2的变化趋势来确定载波包络偏置频率的符号；
步骤四：通过扫描相干激光频率，计算光学拍频频率差绝对值，进一步计算相干激光在两台光频梳频域内纵模对序数，从而计算相干激光频率。
优选地，锁定后fceo1和fceo2的符号未知，仅能确定载波包络偏置频率的绝对值，即|fceo1|和|fceo2|；增大重复频率frep1和frep2，若光学拍频频率fbeat1和fbeat2同样增大，则fbeat1和fbeat2符号为负；若光学拍频频率fbeat1和fbeat2减小，则fbeat1和fbeat2符号为正。
优选地，所述步骤三中对于“fbeat1和fbeat2符号为负”情况，分别增大载波包络偏置频率绝对值|fceo1|和|fceo2|，若光学拍频频率fbeat1和fbeat2同样增大，则fceo1和fceo2符号为负；反之，fceo1和fceo2符号为正。
优选地，所述的步骤四、计算相干激光频率采用以下方法实现的：
(1)扫描相干激光频率，此时光学拍频频率fbeat1和fbeat2产生连续变化，计算光学拍频频率差绝对值|Δfbeat|＝||fbeat2|-|fbeat1||；
(2)进一步计算相干激光在两台光频梳频域内纵模对序数m＝(fbeat2-fbeat1-Δfceo)/Δfrep；
(3)最后得出相干激光频率：
ν＝mfrep1+Fceo1+fbeat1＝[p(N+1)+m]frep+fceo+fbeat1
或
ν＝mfrep2+Fceo2+fbeat2＝(pN+m)(frep+Δfrep)+(fceo+Δfceo)+fbeat2。
再一方面，本发明还提供了一种电子设备，包括：处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现如上述的相干激光频率测量方法。
又一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的相干激光频率测量方法。
本发有益效果：
本方法能够完成不同光频梳设定参数下的光频测量，满足激光频率快速测量应用需求，为实时激光测量奠定基础，满足快速实时激光测频应用需求。
附图说明
图1为两台光频梳系统频谱结构；
图2为fbeat1符号为负、fbeat2符号为正的波形图；
图3为fbeat1符号为正、fbeat2符号为负的波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
为了完成不同光频梳设定参数下的光频测量，满足激光频率快速测量应用需求，为实时激光测量奠定基础，满足快速实时激光测频应用需求。
实施例一：
采用以下详细方法实现的：
具体步骤为：
第一步，光频测量系统建立
利用两台光频梳系统，重复频率分别为frep1和frep2(frep1≈frep2＞0且frep1＝frep，frep2＝frep+Δfrep)；载波包络偏置频率分别为fceo1和fceo2(fceo1＝fceo，fceo2＝fceo+Δfceo)，将待测单频激光分别连接至两台光频梳，并且利用光学拍频探测模块分别获得光学拍频频率fbeat1和fbeat2(|fbeat1|≤frep1/2且|fbeat2|≤frep2/2)。
如图1，设定重频差Δfrep后，光频梳纵模对之间的频率差以Δfrep的整数倍增加。恰有这样一种情况：累积频率变化量相同，但其包含的两台光频梳纵模数相差1；假设光频梳2的纵模序数增加了N，对应光频梳1的纵模序数增加了N+1，则有N＝frep/Δfrep。上述情况在频域内周期重现，每出现一次，累积纵模序数差增加1，如图1所示。重现次数为p。设光频梳1中序数为p(N+1)的纵模频率为Fceo1＝p(N+1)frep+fceo，光频梳2中序数为pN的纵模频率为Fceo2＝pN(frep+Δfrep)+fceo。可以推导出，两者频率差ΔFceo与两台光频梳的载波包络偏置频率差相等，即ΔFceo＝Δfceo。
第二步，光学拍频频率的符号确定
利用两台光频梳系统中载波包络偏置频率锁相环，分别独立锁定载波包络偏置频率fceo1和fceo2；此时锁定后fceo1和fceo2的符号未知，仅能确定载波包络偏置频率的绝对值，即|fceo1|和|fceo2|。增大重复频率frep1和frep2，若光学拍频频率fbeat1和fbeat2同样增大，则fbeat1和fbeat2符号为负；若光学拍频频率fbeat1和fbeat2减小，则fbeat1和fbeat2符号为正。
第三步，载波包络偏置频率的符号确定
在第二步的基础上，进一步利用两台光频梳系统中的重复频率锁相环，分别独立锁定重复频率frep1和frep2。对于“fbeat1和fbeat2符号为负”情况，分别增大载波包络偏置频率绝对值|fceo1|和|fceo2|，若光学拍频频率fbeat1和fbeat2同样增大，则fceo1和fceo2符号为负；反之，fceo1和fceo2符号为正。对于“fbeat1和fbeat2符号为正”情况，分别增大载波包络偏置频率绝对值|fceo1|和|fceo2|，若光学拍频频率fbeat1和fbeat2同样增大，则fceo1和fceo2的符号为正；反之，fceo1和fceo2符号为负。进一步计算载波包络偏置频率差Δfceo＝fceo2-fceo1。
第四步，计算相干激光频率
扫描相干激光频率，此时光学拍频频率fbeat1和fbeat2产生连续变化，计算光学拍频频率差绝对值|Δfbeat|＝||fbeat2|-|fbeat1||，可以获得如图2和图3所示波形。
进一步计算相干激光在两台光频梳频域内纵模对序数m＝(fbeat2-fbeat1-Δfceo)/Δfrep。
A、C、E区域具有对称性，此时相干激光频率处于两台光频梳纵模对之间，并且图2中fbeat1符号为正、fbeat2符号为负(符号为负时，序数m对应取m+1)，图3中，fbeat1符号为负(符号为负时，序数m对应取m+1)、fbeat2符号为正。
B、D区域不具有对称性，说明激光频率处于两台光频梳纵模对序数过渡区域，并且图2中fbeat1符号为负(符号为负时，序数m对应取m+1)、fbeat2符号为正，图3中，fbeat1符号为正、fbeat2符号为负(符号为负时，序数m对应取m+1)。
最终得出相干激光频率ν＝mfrep1+Fceo1+fbeat1＝[p(N+1)+m]frep+fceo+fbeat1或ν＝mfrep2+Fceo2+fbeat2＝(pN+m)(frep+Δfrep)+(fceo+Δfceo)+fbeat2。
本测试方法不仅可以测量稳定的激光频率，也满足扫频激光的频率快速实时测量。
再一方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：处理器和存储器，存储器上存储有计算机可读指令，计算机可读指令被处理器执行时实现如上述实施例所述的相干激光频率测量方法。
具体地，上述存储器和处理器能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器运行存储器存储的计算机可读指令时，能够执行上述实施例所述的相干激光频率测量方法。
又一方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例所述的相干激光频率测量方法。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取器(randomaccessmemory，RAM)、磁盘或光盘等。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (5)
1.一种相干激光频率测量方法，其特征在于，包括以下步骤
步骤一：建立光频测量系统，利用两台光频梳系统，将待测单频激光分别连接至两台光频梳，所述光频梳系统的重复频率分别为frep1和frep2,frep1＞0，frep2＞0且frep1＝frep，frep2＝frep+Δfrep，Δfrep为重频差；载波包络偏置频率分别为fceo1和fceo2,fceo1＝fceo，fceo2＝fceo+Δfceo，Δfceo为两台光频梳的载波包络偏置频率差；
利用光学拍频探测模块分别获得光学拍频频率fbeat1和fbeat2,|fbeat1|≤frep1/2且|fbeat2|≤frep2/2；
步骤二：利用所述两台光频梳系统中载波包络偏置频率锁相环，分别独立锁定载波包络偏置频率fceo1和fceo2，通过增大或减小重复频率frep1和frep2，根据光学拍频频率fbeat1和fbeat2的变化趋势来确定所述光学拍频频率的符号；
步骤三：利用两台光频梳系统中的重复频率锁相环，分别独立锁定重复频率frep1和frep2，根据光学拍频频率fbeat1和fbeat2的变化趋势来确定载波包络偏置频率的符号；
步骤四：通过扫描相干激光频率，计算光学拍频频率差绝对值，进一步计算相干激光在两台光频梳频域内纵模对序数，从而计算相干激光频率；
所述的步骤四、计算相干激光频率采用以下方法实现的：
(1)扫描相干激光频率，此时光学拍频频率fbeat1和fbeat2产生连续变化，计算光学拍频频率差绝对值|Δfbeat|＝||fbeat2|-|fbeat1||；
(2)进一步计算相干激光在两台光频梳频域内纵模对序数m＝(fbeat2-fbeat1-Δfceo)/Δfrep；
(3)最后得出相干激光频率：
ν＝mfrep1+Fceo1+fbeat1＝[p(N+1)+m]frep+fceo+fbeat1；
或
ν＝mfrep2+Fceo2+fbeat2＝(pN+m)(frep+Δfrep)+(fceo+Δfceo)+fbeat2；
其中，p表示累积频率变化量相同但其包含的两台光频梳纵模数相差1的情况在频域内周期重现的重现次数；N表示光频梳的纵模序数增加量，假设第二光频梳的纵模序数增加了N，对应第一光频梳的纵模序数增加了N+1，则有N＝frep/Δfrep。
2.根据权利要求1所述的一种相干激光频率测量方法，其特征在于：锁定后fceo1和fceo2的符号未知，仅能确定载波包络偏置频率的绝对值，即|fceo1|和|fceo2|；增大重复频率frep1和frep2，若光学拍频频率fbeat1和fbeat2同样增大，则fbeat1和fbeat2符号为负；若光学拍频频率fbeat1和fbeat2减小，则fbeat1和fbeat2符号为正。
3.根据权利要求2所述的一种相干激光频率测量方法，其特征在于：所述步骤三中对于“fbeat1和fbeat2符号为负”情况，分别增大载波包络偏置频率绝对值|fceo1|和|fceo2|，若光学拍频频率fbeat1和fbeat2同样增大，则fceo1和fceo2符号为负；反之，fceo1和fceo2符号为正。
4.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的相干激光频率测量方法。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的相干激光频率测量方法。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015059082A1 (en) * | 2013-10-24 | 2015-04-30 | Eth Zurich | Method and device for frequency control and stabilization of a semiconductor laser |
| CN108613743A (zh) * | 2018-06-14 | 2018-10-02 | 清华大学 | 一种双光梳测量系统的噪声补偿方法 |
| WO2018181213A1 (ja) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 光周波数コム発生装置 |
| CN110398292A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-11-01 | 北京大学 | 一种高灵敏度的光频梳时钟抖动测量方法及系统 |
| CN111049582A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-21 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种基于微波光子技术的微波信号实时同步装置及方法 |
| CN112241014A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-01-19 | 清华大学 | 一种消除双光梳频谱混叠的方法及系统 |
| CN112362175A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-02-12 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种基于微腔光频合成器的激光频率测量装置 |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202111672357.0A patent/CN114397026B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015059082A1 (en) * | 2013-10-24 | 2015-04-30 | Eth Zurich | Method and device for frequency control and stabilization of a semiconductor laser |
| WO2018181213A1 (ja) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 光周波数コム発生装置 |
| CN108613743A (zh) * | 2018-06-14 | 2018-10-02 | 清华大学 | 一种双光梳测量系统的噪声补偿方法 |
| CN110398292A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-11-01 | 北京大学 | 一种高灵敏度的光频梳时钟抖动测量方法及系统 |
| CN111049582A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-21 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种基于微波光子技术的微波信号实时同步装置及方法 |
| CN112241014A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-01-19 | 清华大学 | 一种消除双光梳频谱混叠的方法及系统 |
| CN112362175A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-02-12 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种基于微腔光频合成器的激光频率测量装置 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| "3.1–5.2 μm Coherent MIR Frequency Comb Based on Yb-Doped Fiber Laser";Lei Jin et al.;《IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics》;第24卷(第3期);第1-7页 * |
| "光纤时频传递链路光程补偿控制方法研究";肖庆雯等;《宇航计测技术》;第41卷(第5期);第1-5页 * |
| "光纤飞秒光学频率梳的研制及绝对光学频率测量";孟飞等;《物理学报》;第60卷(第10期);第100601-1-7页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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