[发明专利]利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统及方法

权利要求书

1.利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统，其特征在于：包括飞秒光源系统、光学测量系统及信号采集及处理系统；

所述飞秒光源系统包括双路飞秒微腔光梳光源，分别产生测振所需信号光和扫描光；双路飞秒微腔光梳光源分别采用基于微谐振腔的Kerr光频梳，基于泵浦自锁定技术通过连续光泵浦、掺铒光纤放大器及片上微腔实现宽带集成光学频率梳，并利用微腔非线性效应与选模机制，获得稳定的超高重复频率的激光脉冲输出，所述超高重复频率范围为GHz～THz；双路飞秒微腔光梳光源作为测振光源，具有MHz的重复频率差值，满足宽频带振动频率的测量需求；

所述光学测量系统包括脉冲分光单元和脉冲扫描单元，基于双光梳非线性异步采样技术，使用重复频率有差值的光学频率梳实现脉冲的时域重合，从而实现振动目标的测量；

所述信号采集及处理系统包括重频信号计数装置、高速数据采集装置及上位机；

双路飞秒微腔光梳光源中第一微腔光梳主要由第一连续光泵浦源(1)、第一掺铒光纤放大器(2)、第一片上微腔(3)组成及第二掺铒光纤放大器(4)组成；第一连续光泵浦源(1)经第一掺铒光纤放大器(2)放大至mW量级，为第一片上微腔(3)提供泵浦激励光源，第一片上微腔(3)经激励后输出飞秒光梳光源，飞秒光梳光源种子光再次经第二掺铒光纤放大器(4)由mW量级放大至百mW量级，即生成稳定的高重复频率的飞秒光学频率梳；第二微腔光梳主要由第二连续光泵浦源(5)、第三掺铒光纤放大器(6)、第二片上微腔(7)组成及第四掺铒光纤放大器(8)组成；双路飞秒微腔光梳光源具有MHz量级的重频差，能够提供超宽的振动频率测量带宽；双路飞秒微腔光梳光源包括第一微腔光梳和第二微腔光梳，第一微腔光梳和第二微腔光梳统称双光梳；

所述光学测量系统中脉冲单元包括第一二分之一波片(9)、第一四分之一波片(12)、反射镜(11)、第一偏振分光棱镜(16)、第二四分之一波片(13)、扩束镜(14)及角锥反射镜(15)；第一微腔光梳发出的信号光脉冲经过第一二分之一波片(9)后，在第一偏振分光棱镜(16)处分为两束偏振互相垂直的脉冲光，所述第一二分之一波片(9)用于为调节信号光脉冲的偏振态，以改变第一偏振分光棱镜(16)输出两束偏振垂直光的强度比例；一束脉冲光经第一四分之一波片(12)入射至反射镜(11)，被称为参考光脉冲；另一束经第二四分之一波片(13)和扩束镜(14)，入射至角锥反射镜(15)，称为测量光脉冲；第一四分之一波片(12)及第二四分之一波片(13)作用是使返回的参考光脉冲和测量光脉冲的偏振态旋转90°，从而使两束反射回光在第一偏振分光棱镜(16)处汇合；

所述光学测量系统中脉冲扫描单元包括第二二分之一波片(10)、第三二分之一波片(17)、第二偏振分光棱镜(18)、第一凸透镜(19)、二类匹配倍频晶体(20)、第二凸透镜(21)及分色镜(22)；第二二分之一波片(10)及第三二分之一波片(17)的作用是调整线偏振光的偏振角度；参考光脉冲和测量光脉冲的合束光经第三二分之一波片(17)入射至第二偏振分光棱镜(18)，与第一微腔光梳发出的扫描光脉冲汇合；经过第一凸透镜(19)汇聚后的扫描光脉冲、参考光脉冲及目标光脉冲入射至二类倍频晶体(20)，当两束偏振互相垂直且在时域重合的脉冲光入射至晶体时，产生倍频光；因此，经过所述倍频晶体后，参考光脉冲与扫描光脉冲产生一束倍频光，测量光脉冲与扫描光产生另一束倍频光；两束倍频光经第二凸透镜汇聚(21)及分色镜(22)滤波后，被第一光电探测器(23)探测后，输出包含参考信号和测量信号振动测量信号，通过参考信号和测量信号之间相邻脉冲时间间隔的解调，即获得待测振动目标的参数信息；倍频晶体在脉冲扫描的同时，输出信噪比较高，质量较好的类高斯形状脉冲对，有利于时域测振信号的快速解调。