[发明专利]基于铌酸锂微腔的中红外光频梳产生系统及方法

说明书

本发明属于中红外光频梳产生领域，涉及一种基于铌酸锂微腔的中红外光频梳产生系统及方法。解决了硅基材料微腔光频梳存在的光谱带宽和效率限制等问题，实现宽带宽、转换效率高及超高重频的中红外光频梳,带来一系列全新的军事国防以及民间应用。该中红外光频梳产生系统包括泵浦单元、合束单元、非线性频率变换单元及滤波单元；泵浦单元为两路，用于提供两路泵浦光；合束单元用于将两路泵浦光进行合束；非线性频率变换单元用于接收合束后的泵浦光，并发生非线性四波混频过程，产生中红外波段的宽带光频梳；滤波单元用于滤掉剩余泵浦光，输出中红外光频梳。

技术领域

本发明涉及一种中红外光频梳产生系统及方法，尤其涉及一种基于铌酸锂微腔的高重频可调宽带中红外光频梳产生系统及方法。

背景技术

众所周知，中红外波段激光在光谱学、遥感、医疗、通信等方面有着特殊的重要应用。与近红外波段激光相比，中红外波段激光覆盖了众多原子及分子的吸收峰，在光谱测量领域具有得天独厚的优势。毫无疑问，中红外光波及光谱测量不仅是解决众多科学问题的关键，也是带动众多关系到国计民生的领域发展的关键。

中红外光波广泛应用的关键在于超宽带、超精细、多波长光源的产生，但往往面临着光谱精细度低和带宽窄等问题。光学频率梳(简称光频梳)的诞生为超宽带、超精细、多波长光源产生问题的解决带来了希望。光频梳是具有确定光频梳齿间隔及频率的光频标尺，其发明是激光技术领域及计量科学领域在21世纪具有里程碑式重要意义的工作，基于此，德国的Hansch教授以及美国的Hall教授获得了2005年诺贝尔物理学奖。

经过将近20年的发展，中红外光频梳已经取得一系列重大进展，中红外光频梳通常由锁模激光器经稳频锁相的方法产生，然而受锁模激光器体积、重量、功耗(SWaP)以及成本的制约，在现实应用中受到了极大限制。

近年来，光子集成技术取得飞速发展，为光频梳技术的发展提供了新的技术手段，其中微腔光频梳取得了重大突破，引起了光频梳技术的新一轮技术革命。微腔光频梳是通过将连续激光注入经过合理设计的微腔中，利用微腔中的高效非线性光学效应以及较小的谐振腔尺寸，实现超高重频集成光频梳的产生，大大改善了光频梳系统的体积、功耗及成本等性能。现有微腔一般基于硅基材料，然而，硅基材料在中红外波段存在线性损耗较大以及多光子吸收等问题，极大限制了光频梳的带宽和转换效率等性能，制约了中红外微腔光频梳的进一步发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于铌酸锂微腔的高重频可调中红外光频梳产生系统及方法，解决了硅基材料微腔光频梳存在的光谱带宽和效率限制等问题，实现宽带宽、转换效率高及超高重频的中红外光频梳，带来一系列全新的军事国防以及民间应用，具有重大的研究意义和应用价值。

铌酸锂材料在中红外波段线性损耗和非线性损耗较小，具有优良的线性和非线性特性以及很强的电光效应，且同时具有二阶非线性效应和三阶非线性效应，可满足低损耗、高效频率转换和快速调制等功能，成为中红外微腔光频梳产生及应用的理想平台。

为了解决上述问题，基于上述分析，本发明的技术解决方案是提供一种基于铌酸锂微腔的高重频可调宽带中红外光频梳产生系统，其特殊之处在于：包括泵浦单元、合束单元、非线性频率变换单元及滤波单元；

上述泵浦单元为两路，用于提供两路泵浦光；

上述合束单元用于将两路泵浦光进行合束；

上述非线性频率变换单元用于接收合束后的泵浦光并发生非线性四波混频过程，产生中红外波段的宽带光频梳；

上述滤波单元用于滤掉剩余泵浦光，输出中红外光频梳。

进一步地，每一路泵浦单元均包括窄线宽可调谐连续激光源、功率放大器和偏振控制器；上述窄线宽可调谐连续激光源用于出射连续信号光，上述功率放大器用于放大信号光的强度，上述偏振控制器用于调节信号光的偏振方向；