[发明专利]基于正常色散FP微腔的平坦光频梳产生装置及操作方法

说明书

一种基于正常色散FP微腔的平坦光频梳产生装置及操作方法，该装置包括可调脉冲光激光器、第一连接光纤、光放大器、第二连接光纤、偏振控制器、第三连接光纤、环形器、辅助测试输出光纤、第四连接光纤、正常色散FP微谐振腔、输出光纤、第一C型陶瓷管和第二C型陶瓷管。本发明采用成熟的镀膜工艺对FP微腔反射膜的幅频响应特性进行设计，在微腔内引入工作波长、带宽以及阻带抑制比可控的通带滤波特性，解决了在正常色散微腔中进行超窄脉冲锁模的难题。该装置的加工工艺成熟，操作方便，产生的锁模光频梳具有相干性好、频谱包络平坦度的特点。

技术领域

本发明涉及光学频率梳技术领域，是一种基于正常色散法布里-珀罗(FP)微腔的平坦光频梳产生装置及操作方法。

背景技术

光学频率梳(简称光频梳)是一种频谱由一系列离散、等间隔频率成分构成的光源。功率平坦、相位相干、重复频率高以及光谱带宽大的光频梳在原子钟、微量气体探测、光学任意波形产生、密集波分复用以及正交频分复用等系统中都有重要的应用需求。

传统的光频梳产生方案是基于激光器锁模技术。锁模激光器产生的超短光脉冲的频谱梳线之间具有固定的相位关系，其频率间隔与锁模脉冲的重复频率相等。由于锁模脉冲的重复频率受激光器腔长的限制，因此基于锁模激光器的光频梳的频率间隔通常小于10GHz。通过射频信号驱动级联的光电调制器可以产生频率间隔可调谐、相位相干、功率平坦的光频梳，但是受限于光电调制器的调制效率，这种方式产生的光频梳的带宽较窄。为了拓展级联光电调制器产生光频梳的带宽，可以利用高非线性光纤对其进行光谱展宽，产生相干的超连续光谱。虽然高非线性光纤具有大带宽的优势，但是产生的超连续谱的平坦度较差。此外，为了提高超连续谱的转化效率，通常需要数十到数百米的高非线性光纤进行光谱展宽，增大了系统的体积。而在高Q值的微谐振腔中利用克尔非线性效应产生的光频梳具有高重频、大带宽、低功耗以及工艺成熟的优势，符合未来光器件高集成度的发展趋势。由于在可见光波段和中红外波段波导通常为正常色散，因此基于正常色散微腔的锁模光频梳产生技术备受关注。但是在正常色散的微谐振腔中，腔内光场的双稳态上支路缺乏调制不稳定性，并且克尔非线性效应无法与腔内的正常色散平衡，这使得在正常色散微腔中实现克尔光频梳的锁模变得更加有挑战性。

已报道的基于正常色散微腔的锁模光频梳产生方法主要有以下几种：

方法1：暗孤子锁模光频梳。正常色散的微腔能够在光场的双稳态上支路支持暗孤子的产生，暗孤子光频梳有较高的能量转化效率，但是光频梳的功率平坦度较差。在高速光通信系统中需要对暗孤子锁模光频梳的频谱包络进行整形后才能应用。此外，使用传统的超快光技术无法对暗孤子的时域波形进行直接测量。

方法2：平顶孤子锁模光频梳。平顶孤子的时域波形的顶部平坦，并产生在正常色散微腔的双稳态上支路。平顶孤子可以视为高阶的暗孤子，同样有较高的光频梳转化效率，但是光梳的功率平坦度较差。

方法3：超窄脉冲锁模光频梳。正常色散的微腔可以利用波长相关的Q值在腔内中引入通带滤波特性，从而在光场双稳态的下支路产生超窄的锁模光脉冲。这种在正常色散微腔中产生的超窄锁模脉冲性能与亮孤子近似，时域脉冲波形的峰值功率高，脉宽窄，且频谱包络光滑。但是波长相关的Q值在微腔的制备过程中无法控制，这使得在实际应用中受到很大的限制。

因此，针对上述难以在微腔中引入可控的滤波特性以及产生的锁模光频梳功率不平坦的问题，需要一种基于正常色散微谐振腔的光谱包络平坦、相干性好，且易于控制的锁模光频梳产生系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供了一种基于正常色散FP微腔的平坦锁模光频梳产生装置及操作方法。该装置采用成熟的镀膜工艺对FP微腔反射膜的幅频响应特性进行设计，在微腔内引入工作波长、带宽以及阻带抑制比可控的通带滤波特性，解决了在正常色散微腔中进行超窄脉冲锁模的难题。该装置的加工工艺成熟，操作方便，产生的锁模光频梳具有相干性好、频谱包络平坦度的特点。

为了解决上述问题，本发明的技术解决方案如下：