[发明专利]一种光谱仪定标谱线发生器及其发生方法

说明书

本发明公开了一种光谱仪定标谱线发生器及其发生方法。本发明采用高重复频率飞秒光纤激光器，输出功率高脉冲短，直接产生在光子晶体光纤中产生超连续光谱，简化了系统；并省去了产生倍频程光谱所需要的另一套装置，进一步简化了系统；通过超稳腔滤波后的边模抑制比高，噪声低，有利于在光谱仪中分辨；更由于同时将不同光谱波段的光通过不同消光谱区间的超稳腔滤波和频率间隔倍增，可同时获得不同波段的不同频率间隔的定标光谱，使得光谱在整个光谱仪探测区间都能清晰分辨，并拥有足够数量的定标谱线；采用光谱平坦化反射镜，去掉了通常的光栅加空间调制器的装置，反射镜消除过高的光谱分量，节省了空间和成本，也提高了系统的稳定性和可操作性。

技术领域

本发明涉及锁模光纤激光器及光谱定标技术，具体涉及一种光谱仪定标谱线发生器及其发生方法。

背景技术

飞秒激光频率梳在光谱学领域的应用逐渐扩大，可分辨的频率梳齿(定标谱线)在光谱仪中的定标功能正在被发掘。例如在天文光谱学中，常规的钍氩灯或碘吸收盒方式定标技术，受限于定标谱线的强度和间隔的不均匀性，不能提供视向速度1m/s以下的分辨率；另一方面，飞秒激光频率梳定标仪，因其等频率间隔(梳齿间隔)、均匀分布的谱线而被认为是新一代定标光源。然而应用于天文光谱仪的飞秒光频率梳定标系统，虽然已经有商品出售，却没有很好解决实用化中的定标谱线间隔均一、短波长光谱分量中的定标谱线难以分辨、光谱覆盖范围小、系统复杂操作难度大及长期稳定性差等问题。

发表在2007年的技术论文标题是“High-precision wavelength calibration ofastronomical spectrographs with laser frequency combs”(M.T.Murphy,T.Udem,R.Holzwarth,et al.Mon.Not. R.Astron.Soc.380,839–847(2007))。论文提出了一种将普通的激光频率梳通过主动法布里- 珀罗腔滤波到光谱仪可以分辨的梳齿间隔方案。这篇论文提出的方法，是先经过三级滤波- 放大、再扩谱。其中滤波腔为主动稳定，并用单频连续激光作为稳定源。存在梳齿间隔扩充不足、光谱范围过窄、系统操作复杂、长期稳定性差等致命问题。

发表在2007年的技术论文标题是“A laser frequency comb that enablesradial velocity measurements with a precision of 1cm s(-1)”(C.-H.Li,A.J.Benedick,P.Fendel,A.G.Glenday,F. X.D.F.Phillips,D.Sasselov,A.Szentgyorgyi,and R.L.Walsworth,Nature 452,610–612 (2008))。论文提出了一种将钛宝石激光频率梳通过主动法布里-珀罗腔滤波到光谱仪可以分辨的梳齿间隔方案。这篇论文提出的方法，是先用光子晶体光纤扩谱，然后用法布里珀罗腔滤波，其中滤波腔为宽带、主动稳定，并用单频连续激光作为稳定源。主要缺点是高重复频率飞秒钛宝石激光器输出功率有限，钛宝石放大器效率低，光谱很难继续扩展。

发表在2007年的技术论文标题是“Demonstration of on-sky calibration ofastronomical spectra using a 25GHz near-IR laser frequency comb,”(G.G.Ycas,F.Quinlan,S.A.Diddams,et al. Opt.Express 20,6631–6643(2012))。这篇论文提出了一种将250MHz重复频率掺铒光纤激光频率梳通过主动法布里-珀罗腔滤波到25GHz的方案。提出的方法，和文献1提出的方法类似，先将掺铒光纤激光频率梳用主动稳定的腔滤波-放大两级循环，再用高非线性光纤扩谱。

以上文献都基于光频梳基础上的放大和滤波。

发明内容