[发明专利]一种基于差频双梳的激光波长测量装置及方法

说明书

本发明公开的一种基于差频双梳的激光波长测量装置及方法，属于激光波长测量领域。本发明的装置包括差频双梳装置、激光波长测量装置、数据采集与处理装置、待测激光器、第1频率计数器、第2频率计数器及微波原子钟。差频光梳装置由飞秒激光振荡器、放大‑扩谱模块、差频器、二次放大‑扩谱模块及重复频率锁相电路组成。差频光梳的载波包络偏移频率为零，光梳无需载波包络偏移频率锁相电路，使光梳结构更为简单，能够提高测量速度和抗干扰性，还能够降低光梳系统的相位噪声，提高测量精度；本发明采用差频双梳结构，无需利用波长计粗测确定梳齿序数，也不需要分别调节重复频率和载波包络偏移频率来确定正负号，测量速度快。

技术领域

本发明涉及一种激光波长测量装置及方法，尤其涉及一种基于差频双梳的激光波长测量装置及方法，属于激光波长测量领域。

背景技术

自激光出现以来，就被广泛应用于军事领域。机载或车载用防撞、侦察、成像等激光雷达均需要高稳定激光光源，而激光波长是激光光源的核心参数，基于干涉和外差法的激光雷达系统均需要对激光光源的波长进行精确测量，这是保证激光雷达测量准确度的前提。激光波长作为测量基准值，被广泛应用于长度、速度、角度、平面度等的测量。对于采用激光干涉仪、激光测距仪、激光跟踪仪的几何量计量，加工、装配、测量工业现场等领域，激光波长的准确测量是保证测量准确性和量值溯源的关键。

较为成熟的激光波长测量装置多数基于干涉技术，主要包括迈克尔逊干涉技术、斐索干涉技术、F-P干涉技术。其中迈克尔逊干涉技术虽然精度较高，但仅适用连续激光，并且有机械移动装置，抗干扰能力差。斐索干涉技术无移动结构，抗干扰能力强，但相比之下测量精度较低。F-P干涉技术测量精度高，但F-P腔调整难度高，抗干扰能力差。

飞秒光学频率梳的出现为激光波长测量提供了新的解决方案，由于激光频率与激光波长直接相关，采用飞秒光频梳可实现激光频率的绝对测量。目前，采用飞秒光频梳测量激光频率，需要同时锁定重复频率和载波包络偏移频率，而载波包络偏移频率的提取一直是一项难题。使用飞秒光学频率梳测量激光频率通常采取空间拍频光路，需要对光路进行反复调整，操作复杂，难以得到高信噪比的拍频信号。此外，根据待测激光波长的计算公式f_l＝n×f_r±f_o±f_b，首先通过激光波长计对待测激光进行粗测确定梳齿序数n，还需要分别调节重复频率f_r和载波包络偏移频率f_o以确定载波包络偏移频率f_o与拍频信号f_b的正负号。整个测量装置结构复杂，操作繁琐，测量速度慢。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于差频双梳的激光波长测量装置及方法，基于差频双梳实现激光波长的测量，具有结构简单、测量速度快、抗干扰性好等优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种基于差频双梳的激光波长测量装置，包括差频双梳装置、激光波长测量装置、数据采集与处理装置、待测激光器、第1频率计数器、第2频率计数器及微波原子钟。

所述差频双梳装置，为重复频率有微小差异且载波包络偏移频率均为零的双光梳装置，其包括第1飞秒激光振荡器、第1放大-扩谱模块、第1差频器、第1二次放大-扩谱模块、第2飞秒激光振荡器、第2放大-扩谱模块、第2差频器、第2二次放大-扩谱模块及重复频率锁相电路。

所述差频器结构为：所述的飞秒激光振荡器输出飞秒脉冲，通过所述的放大-扩谱模块输出倍频程光谱，经由所述的第1光纤耦合镜传输到二色分束器分为两路，第一路光束经过脉冲宽度压缩器传输至二色合束器；第二路光束依次经过第1反射镜、介电反射镜、空间延迟线、第2反射镜传输至二色合束器，两路光束合束后依次传输至凹面镜、非线性晶体、透镜、第3反射镜、第2光纤耦合镜。

所述激光波长测量装置，包括1×2光纤耦合器、第1混合平衡接收器、第1平衡光电探测器、第2混合平衡接收器及第2平衡光电探测器。