[发明专利]一种实现多频光梳的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及光梳领域，尤其涉及一种实现多频光梳的方法和系统。

背景技术

光梳是在光波的频率范围内的一系列具有固定频率差的频率分量构成的光信号。双频光梳(Dual-comb)或多频光梳(Multi-comb)则是由在一定光谱范围内存在的两个或两个以上具有接近但不同的频率差的光梳构成的。多频光梳系统需要能够以单路或两路以上输出多频光梳。多频光梳具有应用于频谱检测、传感探测等多个领域的前景。

目前光梳系统经常是通过一个锁模脉冲激光器产生的，包括铒纤飞秒激光器、镱纤飞秒激光器、钛宝石固体激光器和Gr:ZnSe固体激光器等。由于锁模脉冲可以产生具有非常准确的周期性的短脉冲序列，该脉冲序列的光谱则是由具有频率差等于脉冲序列的重复频率的光梳构成的。目前，已经提出和实现的多频光梳系统都是通过采用多个锁模脉冲激光器产生的。为了实现不同的频率差，目前的技术都是通过锁定并精细调节和实时反馈控制两个或更多的相似但腔长略有不同的锁模脉冲激光器来实现的。美国国家标准与技术研究院的Coddington等、台湾的Liu等使用两个掺铒光纤飞秒激光器产生了双频光梳。康斯坦茨大学的Bartels等使用两个钛宝石飞秒激光器产生了双频光梳。由于使用多个锁模激光器，系统的成本非常昂贵。同时为了在两个激光器间实现相对于脉冲重复频率低很多的微小且稳定的频率差，常常需要非常精准的反馈控制电路，使得系统更加复杂、成本更高、设备体积大且对腔长漂移等比较敏感，目前只能在高端实验室中进行实验演示，不利于系统的实际应用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种生成多频光梳的方法和系统。

本发明提供了一种生成多频光梳的方法，包括：

步骤1，脉冲激光器输出两个及两个以上具有不同中心波长和不同重复频率的光脉冲序列，光谱中相邻的不同中心波长的光脉冲序列的半高全宽的最大值小于其中心波长之差；

步骤2，将脉冲激光器输出的具有不同中心波长和不同重复频率的光脉冲序列经过非线性光学过程，使得光脉冲序列中的一个或多个不同中心波长的光脉冲序列发生光谱展宽，使得展宽后不同中心波长的光脉冲序列的光谱产生交叠，从而在光谱交叠的波长区域内具有两种以上不同重复频率的光梳。

在一个示例中，步骤2中将具有不同中心波长和不同重复频率的光脉冲序列一起同时经过相同的能够产生非线性光学过程的元件，发生光谱展宽，使得展宽后第一光脉冲序列的光谱和第二光脉冲序列的光谱交叠。

在一个示例中，步骤2又进一步分为：

步骤21，分光器件将脉冲激光器输出的光脉冲序列分为第一光脉冲序列和第二光脉冲序列，第一光脉冲序列的中心波长为第一波长，第一光脉冲序列的重复频率为第一频率，第二光脉冲序列的中心波长为第二波长，第二光脉冲序列的重复频率为第二频率；

步骤22，被分开的第一光脉冲序列和/或第二光脉冲序列分别经过非线性光学过程，发生光谱展宽，使得展宽后第一光脉冲序列的光谱和第二光脉冲序列的光谱交叠。

在一个示例中，非线性光学过程为基于四波混频、自相位调制、交叉相位调制、受激拉曼散射效应或其不同组合的非线性光学过程。

本发明提供了一种多频光梳系统，包括：

一个脉冲激光器，输出两种以上具有不同中心波长的光脉冲序列，光谱中相邻的不同中心波长的光脉冲序列的半高全宽的最大值小于其中心波长之差，脉冲激光器的激光腔内的平均群速度对不同的输出中心波长不相同，从而不同中心波长的光脉冲序列的重复频率不同；

脉冲激光器输出的光脉冲序列经过非线性光学系统，使得光脉冲序列中的一个或多个不同中心波长的光脉冲序列发生光谱展宽，使得展宽后不同中心波长的光脉冲序列的光谱产生交叠。

在一个示例中，非线性光学系统包括：

非线性光学元件，用于光脉冲序列中的一个或多个不同中心波长的光脉冲序列发生光谱展宽，使得展宽后不同中心波长的光脉冲序列的光谱产生交叠。

在一个示例中，非线性光学系统包括：

分光器件，用于将脉冲激光器输出的光脉冲序列分为多个光脉冲序列。各光脉冲序列的中心波长不同，光谱的半高全宽小于相邻中心波长之差；

非线性光学元件，用于光脉冲序列中的一个或多个不同中心波长的光脉冲序列发生光谱展宽，使得展宽后不同中心波长的光脉冲序列的光谱产生交叠。

在一个示例中，脉冲激光器的腔型结构为线型腔、折叠腔、环形腔和“8”字形腔。