[发明专利]基于双波长布里渊激光环形腔的光频率梳产生装置与方法

说明书

本发明公开了基于双波长布里渊激光环形腔的光频率梳产生装置与方法，属于多波长激光技术领域，包括第一可调谐外腔式连续半导体激光器、第二可调谐外腔式连续半导体激光器、3dB耦合器、光放大器、偏振控制器及环形腔；环形腔由环行器、高非线性光纤、隔离器及10dB耦合器组成；光信号进入到3dB耦合器中，3dB耦合器将两个光信号合束后输入到光放大器进行放大，放大后的双波长泵浦光通过偏振控制器，经由环行器，泵浦环形腔中的高非线性光纤，达到光纤中受激布里渊散射效应阈值后产生双波长布里渊激光，双波长布里渊激光的传播方向与双波长泵浦光传播方向相反，通过级联四波混频效应产生光频率梳，产生的光频梳经由10dB耦合器输出。

技术领域

本发明属于多波长激光技术领域，具体涉及一种基于双波长布里渊激光环形腔的光频率梳产生装置与方法。

背景技术

光频率梳在光纤通信、微波光子学、任意波形产生、光谱学、遥感、测距等领域有巨大的应用价值，实现大范围频率间隔可调的宽带宽、高信噪比、窄线宽光频率梳对上述应用有着重要意义。几十年来，人们利用被动锁模光纤激光器、光电调制器、光学微腔来产生光频率梳，但是上述方案频率间隔可调谐程度有限，一般基于被动锁模光纤激光器与光学微腔产生的光频率梳的频率间隔是环形腔的纵模间隔，所以其频率间隔调谐能力有限。基于光电调制器产生的光频率梳的最大可调谐频率间隔受制于射频信号源的最高输出频率，目前商用射频信号源的最高输出频率一般小于100GHz。目前，可以产生频率间隔大范围可调谐从GHz量级到THz量级的光频率梳的技术方案是，通过放大后的窄线宽双波长连续激光泵浦高非线性光纤，利用非简并四波混频效应来产生光频率梳，其频率间隔即为双波长连续激光的频率间隔。但是，对于该技术方案，面临的问题有三个，第一，放大后的窄线宽连续激光在光纤传播过程中会发生受激布里渊散射效应，该效应会大大减弱正向传播泵浦光的强度，由此限制生成的光频率梳的带宽与根数,目前主要克服方法是对高非线性光纤进行随长度变化的张力控制，这会提高光频率梳激光系统的复杂性。第二，光放大器会引入放大的自发辐射，使得双波长泵浦光以及产生频率梳梳齿的信噪比变差。第三，双波长泵浦光中存在的强度噪声，相位噪声在产生高阶梳齿过程中会展宽高阶梳齿的线宽，梳齿的阶数越高，线宽越宽。

综上，如何产生大范围频率间隔可调、宽带宽、高信噪比、窄线宽的光频率梳是一项全新的技术挑战。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于双波长布里渊激光环形腔的光频率梳产生装置与方法来实现大范围频率间隔可调、宽带宽、高信噪比、窄线宽光频率梳。该装置具有全光纤结构、易于配置和操作等优点。

本发明通过如下技术方案实现：

基于双波长布里渊激光环形腔的光频率梳产生装置，包括第一可调谐外腔式连续半导体激光器、第二可调谐外腔式连续半导体激光器、3dB耦合器、光放大器、偏振控制器及环形腔；

其中，环形腔由环行器、高非线性光纤、隔离器及10dB耦合器组成；环行器从端口1到端口2导通，从端口2到端口3导通，从端口2到端口1隔离，从端口3到端口2隔离；第一可调谐外腔式连续半导体激光器及第二可调谐外腔式连续半导体激光器产生的光信号进入到3dB耦合器中，3dB耦合器将两个光信号合束后输入到光放大器进行放大，放大后的双波长泵浦光通过偏振控制器，经由环行器从端口1到端口2注入腔内，泵浦环形腔中的高非线性光纤，达到光纤中受激布里渊散射效应阈值后产生双波长布里渊激光，产生的双波长布里渊激光的传播方向与双波长泵浦光传播方向相反，经由环行器从端口2到端口3在环形腔内逆时针循环运转，通过级联四波混频效应产生光频率梳，产生的光频梳经由10dB耦合器输出。

进一步地，所述的第一可调谐外腔式连续半导体激光器的中心波长可调谐范围为1480-1620nm，输出激光线宽范围为1kHz-50MHz，输出实测功率范围为1mW-15mW、第二可调谐外腔式连续半导体激光器的中心波长可调谐范围为1480-1620nm，输出激光线宽范围为1kHz-50MHz，输出实测功率范围为1mW-15mW。