[发明专利]倍频程光频梳产生系统

说明书

本发明提供一种倍频程光频梳产生系统，可以应用于光频精密测量、光钟等领域。该倍频程光频梳产生系统包括双泵浦布里渊环路子系统和非线性光纤扩谱子系统。本发明利用色散补偿与脉冲压窄技术将双泵浦布里渊环路子系统产生的光频梳扩展至了倍频程光频梳。光纤光栅用于抑制布里渊光频梳中的两个泵浦光，相较于空间光调制器滤波更加简单实用。色散补偿光纤用于脉冲整形，光纤放大器提高进入高非线性光纤二的脉冲峰值功率，第二高非线性光纤利用自相位调制和四波混频效应进行扩谱。由此，本发明实施例解决了双泵浦布里渊光频梳脉冲能量低的问题，实现高重频的倍频程光频梳。

技术领域

本发明涉及半导体光电子学、微波光子学和非线性光学技术领域，尤其涉及一种倍频程光频梳产生系统。

背景技术

光学频率梳(简称光频梳)是在频域为具有等频率间隔梳齿的锁模激光，在时域为具有固定重复频率的脉冲光。一个稳定的光频梳将光波与微波有效地联系起来，可以直接测量激光频率，在光频精密测量、光钟、光谱学、分子识别和高精度精密测量等领域都有着重要的作用。在通信方面，光频梳可以作为波分复用中的多波长光源，每一根梳齿可以作为一个数据通道。在微波光子方面，由于梳线之间的拍频可以产生微波，可以实现射频处理技术，比如微波光子滤波器。光频梳源于锁模激光器，其重复频率在兆赫兹量级，当扩展至吉赫兹时须缩短腔长，较难实现。而高重复频率(10-100GHz)的光频梳具有单个梳齿能量高且易分辨的优势。目前电光调制法与微腔克尔光频梳均实现了大于10GHz的倍频程光频梳。但是电光调制方案需要级联的铌酸锂调制器，系统插损高且系统更复杂，并且重复频率受限于射频源频率的限制，难以达到百GHz。微腔克尔光频梳可以实现百GHz的重复频率，但是可调谐性差，只能利用材料吸收热光引起折射率变化的效应进行很小范围内的调节，且工艺要求高。而双泵浦光在高非线性光纤中传播时，利用四波混频效应可以实现重复频率大且可调的光频梳。

光纤光频梳的实现通常需要两个商用的可调谐激光器作为泵浦光，系统昂贵且复杂。CN104765218A提出了一种基于单片集成微腔激光器的光频梳，不再需要两个商用可调谐激光器，使系统更加简单。然而当泵浦功率增加到光纤中的布里渊阈值，大部分功率转化为反向斯托克斯光，限制了产生光频梳的带宽。CN107465108A利用非线性光纤环路解决了系统中的布里渊效应的影响，增强了环路中的四波混频效应。但是布里渊光频梳很难进一步扩谱为倍频程光频梳，限制了其在高精度精密测量领域的应用。

为了实现光频梳的广泛应用，有必要提出一种系统简单的倍频程光频梳系统，来更好地应用于光频精密测量、光钟等领域。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种倍频程光频梳产生系统。

本发明提供的倍频程光频梳产生系统，包括双泵浦布里渊环路子系统和非线性光纤扩谱子系统。

其中，双泵浦布里渊环路子系统，包括微腔激光器101、光纤环形器102、第一高非线性光纤103和光分束器104，微腔激光器101用于发射双模激光光束，作为光频梳产生的种子光；光纤环形器102用于顺时针传输第一高非线性光纤103产生的布里渊光频梳，光纤环形器102将双模激光光束和布里渊光频梳分别传输至第一高非线性光纤103和光分束器104；第一高非线性光纤103用于对输入光束提供布里渊增益与参量增益，以产生布里渊光频梳；光分束器104用于将输入光束分为第一束光和第二束光，第一束光输出第一高非线性光纤103形成布里渊环路，第二束光传输至非线性光纤扩谱子系统。

非线性光纤扩谱子系统，包括光纤光栅105、色散补偿光纤106、第一光纤放大器107和第二高非线性光纤108，光纤光栅105用于将输入的布里渊光频梳以窄脉冲输出；色散补偿光纤106用于对输入的窄脉冲进行预啁啾；第一光纤放大器107用于放大经过色散补偿光纤106后的光功率，以达到第二高非线性光纤108所需的脉冲峰值功率；第二高非线性光纤108用于将输入光束进行非线性光谱展宽，以产生倍频程光频梳。