[发明专利]一种光学频率梳载波包络偏移频率锁定装置及方法

说明书

本发明公开的一种光学频率梳载波包络偏移频率锁定装置及方法，属于光学频率梳激光技术领域。本发明主要由光学频率梳、带通滤波器、射频放大器、低通滤波器、比例积分微分电路(PID)组成，依次之间由射频传输线连接。所述光学频率梳向带通滤波器输入载波包络偏移频率信号，比例积分微分电路的输出信号反馈到所述光学频率梳的种子源驱动电流上，形成闭环。载波包络偏移频率f₀信号与f_r‑f₀信号有相同的来源，两者叠加的拍信号噪声得到抑制，有助于提高锁定跟踪精度；锁定后的载波包络偏移频率严格等于重复频率的一半，重复频率锁定后光梳即可稳定。本发明具有锁定跟踪精度高、结构简单、操作方便、不需要信号源与鉴相电路、成本低等优点。

技术领域

本发明涉及一种光学频率梳载波包络偏移频率锁定装置及方法，属于光学频率梳激光技术领域。

背景技术

基于锁模脉冲的超快飞秒激光在时域为一系列周期输出的脉冲，在频域显示为一系列等间隔分布的谱线，谱线之间的频率间隔等于脉冲重复频率(f_r)，名义上最起始谱线的频率称为载波包络偏移频率(f₀)。重复频率和载波包络偏移频率锁定的飞秒激光称为光学频率梳，简称光梳，具有超高的频率稳定性，是利用飞秒激光进行精密测量的物理基础。因此，重复频率与载波包络偏移频率锁定是光学频率梳的关键技术。重复频率锁定较为简单，但载波包络偏移频率锁定难度较高，可以称之为光梳的门槛。

目前的锁定方法是，获得载波包络偏移频率后，外界提供一个参考频率，与载波包络偏移频率进行鉴相，鉴相信号输入比例积分微分电路(PID电路)，PID电路的输出信号反馈到光梳种子源的驱动电流上，完成闭环。由于载波包络偏移频率信号携带较大噪声，对于鉴相电路的要求较高，并且也容易产生锁定跟踪不紧、锁定时间不长等问题。

发明内容

为克服原有技术存在的缺点，本发明目的是提供一种光学频率梳载波包络偏移频率锁定装置及一种光学频率梳载波包络偏移频率锁定方法，基于光学频率梳实现载波包络偏移频率锁定，锁定后的载波包络偏移频率严格等于重复频率的一半，重复频率锁定后光梳即可稳定。本发明具有锁定跟踪精度高、结构简单、操作方便、不需要信号源与鉴相电路、成本低等优点。

本发明的目的是通过下述技术解决方案实现的。

本发明公开的一种光学频率梳载波包络偏移频率锁定装置，主要由光学频率梳、带通滤波器、射频放大器、低通滤波器、比例积分微分电路(PID)组成，依次之间由射频传输线连接。所述光学频率梳向带通滤波器输入载波包络偏移频率信号，比例积分微分电路的输出信号反馈到所述光学频率梳的种子源驱动电流上，形成闭环。所述射频放大器用于信号放大。所述低通滤波器用于滤出拍信号的包络。

所述载波包络偏移频率信号包含频率为载波包络偏移频率(频率值为f₀)的信号成分和频率为重频与偏频之差(频率值为f_r-f₀)的信号成分。

实施锁定时，调整所述光学频率梳的种子源驱动电流，使f₀信号与f_r-f₀信号靠近，直至接近f_r/2，将叠加所得的拍信号作为误差信号输入所述比例积分微分电路，启动所述比例积分微分电路的锁定开关，完成载波包络偏移频率的锁定。