[发明专利]高精度光纤光学频率梳的测控方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其是一种高精度光纤光学频率梳的测量和控制方法及装置。

背景技术

历经几十年的发展，激光器特别是工业应用的固体激光器，工作的稳定性和可靠性已经较高，产品的一致性和可复制性较好。国内外已有较多的公司可以生产出规格一致的激光光源产品。近些年，光纤激光器以其柔性波导的传输特质，灵巧的外形封装，高效低耗的制造成本，日益受到人们的青睐，获得客户的认可。光纤激光器的输出指标不断赶超固体激光器，IPG 公司生产的连续波20kW光纤激光器的已经应用于光电弧复合焊接技术，高峰值功率的脉冲光纤激光器在激光雷达、精细制造等军事及工业领域的应用已逐步成型，超短脉冲光纤激光技术的发展也正在由技术探索研究向特殊前沿应用稳步开展。

特别是新进发展的光学频率梳技术，简称“光梳”，在2005年问鼎诺贝尔奖后，大大拓展了其研究范畴，开辟了若干个交叉学科领域。利用光梳光源可以精确的测量和标定光学频率，进一步可用于精确定义时间和长度等物理量的基本单位，应用到如GPS定位，活体细胞成像，PM2.5遥测等关系前沿研究和军民应用等广泛领域。因此，光梳光源的产品开发也成为知识大国抢占科技制高点的重点研究项目。

高稳定度、高可靠性的光梳光源产品需要有一系列关于光梳产生和测控方法作为技术支撑。包括超短脉冲产生技术，低噪声脉冲放大技术、高阶色散补偿技术、超连续谱产生技术、载波包络位相（Carrier Envelop Phase，简称CEP）灵敏探测技术和电子学滤波技术等等。各个环节技术指标的稳定性和可靠性都需要有整套的监测、标定和控制的测控方法进行衡量。但目前，关于产品化的光纤光梳光源的测控方法及装置几近空白，更没有关于光梳光源产品制造和测量标准见于报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度光纤光学频率梳的测控方法，用于监测和控制光纤光梳的每个环节工作状态，提高光纤光梳的长期稳定性、运转可靠性和产品的可复制性。

本发明的另一目的是提供一种高精度光纤光学频率梳的测控装置，该装置即时监控振荡器和各级放大器的工作状态，监测指标实时、全面，并能提供稳定可靠的反馈机制。

本发明的目的是这样实现的：

一种高精度光纤光学频率梳的测控方法，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，如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。

一种高精度光纤光学频率梳的测控装置，特点是该装置包括激光振荡器、重复频率校对装置、功率监测与控制装置、一级预放大器、载波包络相位监测及控制、二级预放大器以及主放大器，其中：

所述的激光振荡器的输入端通过第一波分复用器连接有第一泵浦源，用于为激光振荡器提供能量；第一波分复用器的另外两端连接有激光振荡器环形腔；激光振荡器环形腔的输出端通过1×2分束器的一输出端连接有1×3第一分束器的输入端；

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