[发明专利]一种超高重复频率可调谐光频梳产生装置与方法

说明书

本发明涉及一种超高重复频率可调谐光频梳产生装置与方法，旨在解决现有光频梳系统的重复频率上限受物理腔长制约、难以大范围调谐且系统结构复杂等问题。装置包括泵浦单元，信号调制单元，微环谐振腔光频梳产生单元及滤波单元。方法过程中：首先调节泵浦单元出射泵浦激光功率，通过信号调制单元对泵浦激光进行单边带频率调制；其次，微环谐振腔对调制后的泵浦激光发生参量振荡和级联四波混频，使微环谐振腔产生稳定的重频光频梳；最后利用滤波单元滤除多余的泵浦激光，输出低噪声高重频光频梳。本发明采取泵浦频率单边带调制方法调谐光频梳的重复频率，实现超高重频可调谐光频梳，突破现有方法面临的重复频率和调谐范围的限制，降低系统复杂度。

技术领域

本发明涉及一种光频梳产生装置及方法，尤其涉及一种超高重复频率可调谐光频梳产生装置与方法。

背景技术

光学频率梳(即光频梳)包含有一系列固定间隔的高精度频率谱线，往往具有较大的带宽，自被提出至今近四十年来，已经极大地推动了光谱学、计量学、原子钟、光通信等领域技术的进步。早期光频梳大多通过固体或光纤激光器产生稳定的锁模光脉冲来实现，通常受到激光器重量、体积、功耗等因素的影响，目前仍为实验室级别的高端精密产品，在实际应用中受到了较大的限制。

现代微纳光子集成技术的发展为实现光频梳提供一种新的途径——在高品质因数的微环谐振腔腔内，可通过级联四波混频效应产生光频梳。集成微环谐振腔天然具有极小的物理尺寸和极高的非线性系数，因而与传统光频梳方案相比，其重复频率(简称重频)超数十GHz量级，而所需泵浦阈值需求可降低2-3个数量级，不仅大大减少了光频梳系统的功耗，而且可与其他功能性光学器件以及控制电路芯片等兼容，有望实现系统芯片化集成，推动了光频梳实用化与便携化发展。

实际应用中，人们对于光频梳重频的调谐能力也有着迫切需求，例如在分子光谱检测中需降低重频以提高标称分辨率、增大重频以提升绝对光谱分辨率；通信领域频分复用需增大重频以降低不同信道间串扰等。而可调谐的高重频光频梳可以根据不同需求选择最佳的重频水平，因此具有极其广阔的应用前景。通常可采用调节谐振腔腔长的方法实现重频可调谐的光频梳；然而受现实中物理腔长的影响，光频梳重频无法实现大幅度尤其是数量级的提升或调谐。此外，虽然还可以采用两套脉冲激光系统注入锁定或双光源不同频率泵浦等方式进行光频梳重频倍增，但均面临系统结构复杂、成本较高、操作过程繁琐等诸多问题，现实应用较为受限，制约了光频梳技术进一步发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高重复频率可调谐光频梳产生装置与方法，旨在解决现有光频梳系统的重频上限受物理腔长制约、难以大范围调谐且系统结构复杂等问题，实现光谱范围宽、结构简单、稳定实用的超高重频可调谐光频梳，突破现有技术瓶颈与能力限制，推动高集成高速率光频梳技术与现实应用的发展，具有重大的研究意义和应用价值。

基于单光源泵浦的微环谐振腔光频梳系统具有天然极短的物理腔长、易于集成等优势，而具有电光效应的材料(如铌酸锂、氮化铝、氮化镓、砷化镓等)制备的微环谐振腔，同时具备可快速电光调制、结构简单、便于调谐等特点，可以满足超高重频光频梳产生及调谐能力的需求。

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超高重复频率可调谐光频梳产生装置，其特殊之处在于：包括泵浦单元、信号调制单元、微环谐振腔光频梳产生单元及滤波单元；

上述泵浦单元用于提供高功率窄线宽泵浦激光；

上述信号调制单元用于对泵浦激光进行单边带频率调制以及调制产生的光频梳的重复频率；

上述微环谐振腔光频梳产生单元包括微环谐振腔、直流电源及温度控制器；上述微环谐振腔用于接收单边带频率调制后的泵浦激光，发生光参量振荡与级联四波混频过程，产生高重频光频梳；上述直流电源用于调节微环谐振腔的谐振波长；上述温度控制器用于控制微环谐振腔的温度；

上述滤波单元用于滤除多余泵浦激光，输出低噪声高重频光频梳。