[发明专利]高精度光纤光学频率梳的测控方法及装置

权利要求书

1.一种高精度光纤光学频率梳的测控方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤：

a）脉冲产生

采用激光振荡器产生光纤光梳的种子脉冲，记为信号光ω₁；其激光振荡器为锁模脉冲光纤激光器；

b）激光平均功率放大

激光振荡器输出的激光至少经过三个光纤放大器进行功率放大，平均功率从毫瓦量级提升至超过1W；

c）激光放大器输出稳定功率

每级功率放大器后端通过分束器和光电探测器对输出功率进行实时监测，将所得监测信号用于对放大器泵浦源驱动电流进行反馈控制；

d）激光器重复频率的控制

采用负反馈控制激光振荡器的重复频率；探测到的激光振荡器的重复频率经由与标准时钟源差分比较，获取重复频率的动态变化值，负反馈到激光器内部的压电陶瓷上；通过压电陶瓷的伸缩或者膨胀，控制固定于压电陶瓷上的表征激光器腔长的光学器件，并调控激光振荡器的有效腔长；

e）载波包络相位监测及控制

对各级光纤放大器输出脉冲载波-包络相位的监测，观察和控制功率放大过程激光相位噪声的传递和涨落，通过将主放大器的载波-包络相位输出信号，负反馈到激光振荡器中的载波-包络相位控制单元，即电控偏振控制器调制脉冲偏振演化进程或者调制激光振荡器的泵浦光强度，实现对载波-包络相位的稳定控制。

2.一种实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于该装置包括激光振荡器（100）、重复频率校对装置（200）、功率监测与控制装置（300）、一级预放大器（400）、载波包络相位监测及控制（500）、二级预放大器（600）以及主放大器（700），其中：

所述的激光振荡器（100）的输入端通过第一波分复用器（1012）连接有第一泵浦源（102），用于为激光振荡器提供能量；第一波分复用器（1012）的另外两端通过光纤连接1×2分束器（1014）的输入端和一输出端，构成激光振荡器环形腔（101）；激光振荡器环形腔（101）的输出端通过1×2分束器（1014）的一输出端连接有1×3第一分束器（103）的输入端；

所述的激光振荡器（100）的输出端通过1×3第一分束器（103）的一个输出端连接重复频率校对装置（200）的电路模块（201）的输入端；重复频率校对装置电路模块（201）的另一输入端通过电路连接有标准频率源（202）；重复频率校对装置电路模块（201）的输出端连接有用于调制激光振荡器（100）内部的压电陶瓷（104），压电陶瓷（104）连接缠绕有激光振荡器环形腔（101）的光纤；

所述的激光振荡器（100）的输出端通过1×3第一分束器（103）的一个输出端连接有功率监测与控制装置（300）的一个输入端；功率监测与控制装置（300）的一个输出端连接有第一泵浦源（102），用于调节控制激光振荡器（100）的泵浦光的功率大小；

所述的激光振荡器（100）的输出端通过1×3第一分束器（103）的一个输出端连接有一级预放大器（400）的第二波分复用器（4011）的一个输入端；第二波分复用器（4011）的另一输入端连接有用于提供泵浦能量的第二泵浦源（402）；所述第二波分复用器（4011）的复合输出端连接有第一增益光纤（4012）；第一增益光纤（4012）的输出端通过1×3第二分束器（403）与载波包络相位监测及控制装置（500）、二级预放大器（600）和功率监测与控制装置（300）相连接；

所述的一级预放大器（400）通过1×3第二分束器（403）的一个输出端与载波包络相位监测及控制装置（500）的第一光子晶体光纤（5011）连接；第一光子晶体光纤（5011）与自参考f-2f零频测量系统（502）连接，用于监测一级预放大器（400）输出脉冲f_ceo状态；

所述的一级预放大器（400）通过1×3第二分束器（403）的一个输出端与功率监测与控制装置（300）的一个输入端连接，所述功率监测与控制装置（300）的一个输出端连接第二泵浦源（402），用于调节控制一级预放大器（400）的泵浦光的功率大小；

所述的一级预放大器（400）通过1×3第二分束器（403）的一输出端与二级预放大器（600）的第三波分复用器（6011）的一个输入端连接，第三波分复用器（6011）的另一输入端连接有用于提供泵浦能量的第三泵浦源（602），所述第三波分复用器（6011）的复合输出端连接有第二增益光纤（6012），第二增益光纤（6012）的输出端通过1×3第三分束器（603）与载波包络相位监测及控制装置（500）、主放大器（700）和功率监测与控制装置（300）相连接；

所述的二级预放大器（600）通过1×3第三分束器（603）的一个输出端与载波包络相位监测及控制装置（500）的第二光子晶体光纤（5012）连接，第二光子晶体光纤（5012）与自参f-2f零频测量系统（502）连接，用于监测二级预放大器（600）输出脉冲f_ceo状态；

所述的二级预放大器（600）通过1×3第三分束器（603）的一个输出端与功率监测与控制装置（300）的一个输入端连接，所述功率监测与控制装置（300）的一个输出端连接第三泵浦源（602），用于调节控制二级预放大器（600）的泵浦光的功率大小；

所述的二级预放大器（600）通过1×3第三分束器（603）的一个输出端与主放大器（700）的合束器（701）的一个输入端连接，合束器（701）的另外两个输入端连接有用于提供泵浦能量的第四泵浦源（7021）和第五泵浦源（7022）；所述合束器（7011）的复合输出端连接有第三增益光纤（7012）；第三增益光纤（7012）的输出端通过1×3第四分束器（703）与载波包络相位监测及控制装置（500）及功率监测与控制装置（300）相连接；

所述的主放大器（700）通过1×3第四分束器（703）的一个输出端与载波包络相位监测及控制装置（500）的第三光子晶体光纤（5013）连接，第三光子晶体光纤（5013）与自参考f-2f零频测量系统（502）连接，用于监测二级预放大器（600）输出脉冲f_ceo状态；所述的自参考f-2f零频测量系统（502）的输出端连接有安装于激光振荡器（100）中的电控偏振控制器（105）；电控偏振控制器（105）用于控制激光振荡器（100）的腔内脉冲的偏振演化进程，调整其f_ceo=0控制精度；

所述的主放大器（700）通过1×3第四分束器（703）的一个输出端与功率监测与控制装置（300）的一个输入端相连接，所述功率监测与控制装置（300）的一个输出端连接第四泵浦源（7021）和第五泵浦源（7022），用于调节控制主放大器（700）的泵浦光的功率大小；

所述的1×3第四分束器（703）的另外一个输出端作为主放大器（700）的输出端，用于输出信号，即高精度的光纤光梳激光；其中：

所述自参考f-2f零频测量系统（502）和重复频率校对装置（200）为光信号转换为电信号的电路监测控制系统。