[发明专利]基于光谱整形自差频技术的光学频率梳

说明书

技术领域

本发明涉及飞秒激光技术领域，特别涉及一种基于光谱整形自差频技术的光学频率梳。

背景技术

飞秒光学频率梳技术是目前超短脉冲激光科学最前沿的研究内容之一，自从上世纪末的几年里人们提出并实现对飞秒激光载波包络相位漂移（Carrier-Envelope phase Offset,CEO）频率的锁相控制以来，该技术的发展不仅导致了光频测量研究的革命性进展，而且前所未有地实现了光学频率与微波频率的直接连接，并推动了阿秒激光物理和超快科学的快速发展。

需要指出的是，飞秒激光CEO的控制及光学频率梳的实现，最初主要得益于光子晶体光纤（Photon Crystal Fiber,PCF）的问世和采用。目前国际上广泛采用的光学频率梳的核心正是以PCF为基础的，由于PCF可将飞秒激光光谱展宽到一个倍频程以上，因此使得人们第一次有可能通过所谓的自参考技术而实现对CEO频率的测量。但是PCF极小的芯径（1～2μm）和固有的高损耗（>70％），不仅入射激光微细的偏移都会导致输出光谱的显著变化，而且也限制了所能得到的输出功率，特别是PCF在高聚焦强度的激光入射下，表面极易损坏。由于这些因素，使得基于自参考技术的飞秒激光CEO锁定通常只能稳定工作半小时左右，输出功率也只有几十mW，而且结构复杂、体积庞大、维护成本高，从而大大限制了光学频率梳的实用性。

2004年，德国马普量子光学研究所（MPQ）的科学家提出了一种通过差频(Difference Frequency Generation，DFG)超宽激光脉冲自身的不同光谱成分而测量并控制CEO的方法（参见Fuji T,et al.2005 Opt.Lett.30(332)），该技术由于采用准相位匹配电极化周期的铌酸锂晶体（PPLN）中所产生的差频、自相位调制等非线性效应而实现对CEO频率的测量，因此可以不要求光谱展宽到一个倍频程，这样也就避免了必须采用PCF而带来的低功率和稳定性问题,但目前该技术存在的不足是所稳定的飞秒激光重复频率不到100MHz，而且输出可用功率只有几十毫瓦。由于光梳所需要的理想重复频率一般要求大于200MHz，但是重复频率过高时飞秒脉冲的峰值功率就会下降，导致自差频无法实现或者得到的自差频光谱能量过低，从而得不到足够信噪比的CEO信号，对CEO信号的控制也就无从谈起。因此，需要一种基于差频技术的高重频光学频率梳。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种基于光谱整形自差频技术产生高重复频率飞秒激光频率梳的装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

根据本发明，提供一种光学频率梳，包括：泵浦源、周期量级飞秒钛宝石振荡器、自差频测量装置和反馈电路，其中，由泵浦源产生的泵浦光进入所述周期量级飞秒钛宝石振荡器，该周期量级飞秒钛宝石振荡器用于产生形状呈两边高、中间低的大体M形的飞秒光谱脉冲；该飞秒光谱脉冲的一部分被输送至所述自差频测量装置以测量该光谱脉冲的载波包络相移频率（CEO频率），另一部分形成重复频率信号经所述重复频率反馈电路被输送回周期量级飞秒钛宝石振荡器。

在上述技术方案中，所述周期量级飞秒钛宝石振荡器中设置有镀膜的输出耦合镜，经该镀膜的输出耦合镜输出所述大体M形的飞秒光谱脉冲，所述镀膜设计为在750nm~850nm波段内透过率为10%的介质膜。

在上述技术方案中，所述重复频率反馈电路由PIN管、第一锁相电路及设置在周期量级飞秒钛宝石振荡器中的压电陶瓷构成，其中由周期量级飞秒钛宝石振荡器输出的所述一部分光谱脉冲被PIN管接收后经第一锁相电路反馈至周期量级飞秒钛宝石振荡器中，通过安装在周期量级飞秒钛宝石振荡器内的压电陶瓷的伸缩改变腔长以控制该重复频率。

在上述技术方案中，光学频率梳还可包括设置在所述自差频测量装置光路后的CEO频率反馈电路，其中由所述自差频测量装置输出的光谱脉冲的红外光部分形成CEO频率信号，该信号经CEO频率反馈电路反馈至设置在泵浦源和周期量级飞秒钛宝石振荡器之间的声光调节器以控制该CEO频率。

在上述技术方案中，所述CEO频率反馈电路由红外雪崩光电二极管、第二锁相电路及声光调节器构成，其中所述红外光部分被红外雪崩光电二极管接收后经第二锁相电路反馈至声光调节器。

在上述技术方案中，由所述自差频测量装置输出的光谱脉冲的可见光部分作为光梳的可用光脉冲输出。