[发明专利]飞秒激光脉冲载波包络相位偏移频率探测装置及方法

说明书

本发明涉及超短脉冲激光器，具体涉及一种飞秒激光脉冲载波包络相位偏移频率探测装置及方法，以解决现有飞秒激光脉冲载波包络相位偏移频率探测中，由于空间光路结构复杂、倍频晶体的转换效率对工作温度非常敏感，造成激光器系统复杂且难以集成的问题。本发明所采用的技术方案为：一种飞秒激光脉冲载波包络相位偏移频率探测装置，包括依次光纤连接的光纤放大器、压缩光纤、高非线性光纤、倍频装置、光电探测器；所述倍频装置包括封装套管、依次设置在封装套管内的第一光纤准直器、倍频晶体和第二光纤准直器；本发明还提供一种飞秒激光脉冲载波包络相位偏移频率探测方法。

技术领域

本发明涉及超短脉冲激光器，具体涉及一种飞秒激光脉冲载波包络相位偏移频率探测装置及方法。

背景技术

基于锁模超短脉冲激光器的飞秒光频梳有噪声低且功率稳定的优点，它产生的周期性脉冲信号在频域上具有丰富的、等间隔的频率成分，使其可被应用于诸多精密测量领域。利用飞秒光频梳，可以实现远距离高精度的距离测量，帮助小卫星实现高精度的同步运行；还可以实现高精度的频率传递，帮助时钟群实现10^-11量级的时钟同步；同时还能用于数百GHz量级的雷达信号的产生；危险化学气体探测等。

飞秒光频梳具有高稳定度的原因之一是因为在其核心(飞秒激光器)工作时，激光器内部的非线性过程可以被有效控制。从而抑制其输出信号的噪声。若要对这些非线性过程加以控制，首先要探测其变化，而这些变化反映在飞秒激光脉冲的载波包络相位偏移(CEO)上。飞秒激光脉冲的CEO变化是相位变化，这个相位变化就演化出一个与之对应的CEO频率。所以要控制飞秒激光器内的非线性过程，就是要控制飞秒激光脉冲的CEO频率。探测CEO频率信号需要在激光器产生超连续谱激光之后使用色散补偿技术，使得超连续谱激光内不同频率的信号在时间和空间上重叠。之后再利用倍频技术，使得超连续谱中频率较低的成分产生倍频信号(频率翻倍)。倍频信号和原有的高频率信号产生拍频信号。这个拍频信号的频率就对应载波包络相位偏移。然而，目前已有的探测装置在面对小型化轻型化的需求时，有以下缺点：

1)由于光纤具有色散特性，超连续谱激光中不同频率的激光在时间上并不重合。若要探测CEO信号，在激光器产生超连续谱之后，需要对光信号做色散补偿。超连续谱激光经由透镜准直后变为空间光，再由分光器件(比如二向色镜或分光棱镜)将超连续谱激光分为长波及短波两束光。这两束光分别在不同的光路中传输不同的距离，以补偿色散。之后两束光再经过同样参数的分光器件合并为一束光，最终使得超连续谱内不同频率的信号在时间和空间上重叠。所以这造成空间光路结构复杂，难以用简单结构将各器件集成。

2)若要使得复杂的光路长时间稳定工作，对整个光路做温度控制装置是必要条件。尤其是其中倍频晶体的转换效率对工作温度非常敏感，所以要长时间稳定工作，倍频晶体必须要有温度控制功能。大功率的温度控制器件，使得激光器系统复杂化，进而使得本已复杂的光路更加难以集成。

发明内容

本发明在于解决现有飞秒激光脉冲载波包络相位偏移频率探测中，由于空间光路结构复杂、倍频晶体的转换效率对工作温度非常敏感，造成激光器系统复杂且难以集成的问题，而提供一种飞秒激光脉冲载波包络相位偏移频率探测装置及方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种飞秒激光脉冲载波包络相位偏移频率探测装置，其特殊之处在于：

包括依次光纤连接的光纤放大器、压缩光纤、高非线性光纤、倍频装置及光电探测器；

所述光纤放大器用于将接收到的飞秒激光脉冲进行放大；

所述压缩光纤用于将放大后的飞秒激光脉冲进行压缩；

所述高非线性光纤用于将接收到的压缩飞秒激光脉冲展宽为超连续谱信号；