[实用新型]载波-包络偏移频率测量系统

说明书

本实用新型提供一种载波‑包络偏移频率测量系统，包括LiNbO3波导、第一泵浦二极管、放大器、光纤布拉格光栅、可饱和吸收镜；其中，LiNbO3波导依次通过色散补偿光纤、高非线性光纤与放大器连接，放大器还通过掺铒光纤依次与光纤布拉格光栅、可饱和吸收镜连接；第一泵浦二极管布置在高非线性光纤和放大器之间；在放大器靠近光纤布拉格光栅的一侧还布置有闭环连接点，在闭环连接点和LiNbO3波导之间还设置有另一通路，在该通路上从LiNbO3波导至闭环连接点的方向依次串联有第二泵浦二极管、相位锁定模块和干涉滤波器。本实用新型能够产生测量载波‑包络偏移频率所需的二次谐波，可操作性强，具有优良的技术效果和潜在的较为巨大的经济价值。

技术领域

本实用新型涉及高非线性光纤应用技术领域，更为具体地，涉及一种能够集成在实用系统(例如全光纤交钥匙系统)中且能稳定产生载波-包络偏移频率所需的二次谐波的系统。

背景技术

在现有技术中，超连续谱在频率计量学领域已经开始得到应用，尤其是在等间隔谱线，且谱线间隔等于脉冲重复频率的场合，我们可以实现“频率梳”的应用。

光脉冲中电场随时间的变化可以被描述为一个快速的正弦振荡(称为载波)乘上一个缓慢变化的包络函数。当脉冲在介质中传播时，由于色散的作用，导致相速度和群速度不一样，因此载波和包络之间的相对位置将会发生变化，当然传播过程中的非线性也有可能导致这种变化。脉冲的载波包络偏移相位(或称为绝对相位)被定义为载波相位和包络位置之间的相位差。图3给出了具有不同载波包络偏移相位时的脉冲。

在锁模激光器中，脉冲串通常是由一个单一脉冲在激光谐振器中循环产生的。当脉冲每经过输出耦合器一次，它的一部分就被作为激光输出发射出腔外。通常情况下，每个循环的载波包络偏移相位会有一定的变化，该相位可达数百或数千弧度。因此，每个发射的脉冲将具有不同的载波包络相位。对于输出脉冲序列，载波包络相位变化值对2π取余数后的值才是真正关键的值。这个值会非常灵敏地取决于各种因素，如激光功率，谐振器对准程度等。

锁模激光器的载波包络偏移频率(CEO频率)为：

其中：是在每谐振循环中的载波包络偏移相位(也称为载波包络相位，CEP)的变化，frep为重复频率。因此载波包络偏移频率位于零到重复频率frep之间。光脉冲串在频域上的频率为(为简单起见假定没有噪声)：

v_j＝v_ceo+j·f_rep

其中：j取值为一串整数。这意味着在频域上构成了一个所谓的等距离的频率梳，而频率梳中的所有光频率都由重复频率和CEO频率决定。

载波包络偏移频率对于光频率计量学和仅具有几个光学周期的高光强物理中十分重要，因为载波包络偏移频率会很大程度的影响电场的振荡模式和峰值电场强度。

CEO的测量：载波包络偏移频率可以通过所谓的f-2f干涉法测量，该方法将一个覆盖倍频程的频率梳的低频部分倍频后与高频部分进行拍频。当激光光谱并不能覆盖倍频程时，可以通过诸如光子晶体光纤扩谱后的得到倍频程光谱。在频率梳一文中给出了关于这一内容更多细节。

CEO的稳定：激光CEO频率可以通过改变泵浦功率，或通过稍微改变谐振腔镜，或通过插入一个玻璃楔等方法来进行调整和控制。通过将CEO的测量和控制相结合，可以使得CEO频率稳定到一个已知的稳定的频率值。因此频率梳中的所有光频率都仅与两个微波频率相关。在这种情况下，激光就实现了CEO稳定或CEP稳定。另外，也可以使得频率梳本身就具有为零的载波包络偏移频率，即，基本恒定的载波包络偏移相位。为了这个目的，则需要利用由同一频率梳产生的两个输入进行差频产生。该方法将会导致所谓的自相位稳定的脉冲。现有技术中曾有过关于非线性晶体产生的二次谐波能够供应载波-包络偏移频率测量系统的技术展望，因此，实现这一技术原理是一个急迫的待解决的技术问题。

实用新型内容