[发明专利]噪声免疫的自适应补偿太赫兹光梳光谱探测方法

摘要

本发明公开了一种噪声免疫的自适应补偿太赫兹光梳光谱探测方法，包括以下步骤用反馈调节方法锁定两台飞秒激光光源的重复频率，得到两个光梳；将两光梳信号与两连续光信号拍频，并进行一系列的信号处理，产生自适应补偿信号与信号采集的时钟信号；同时，将一个光梳作为泵浦光产生太赫兹光梳，另一个光梳作为探测光，在半导体天线上得到反映太赫兹电场的电压信号；用补偿信号对上述电信号进行载波包络漂移补偿，最后用时钟信号进行信号采集。该方法提高了太赫兹光梳光谱系统的鲁棒性，可以在宽频谱范围达到高测量精度，并提高了取样系统的信噪比。

主权项

一种噪声免疫的自适应补偿太赫兹光梳光谱探测方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤：（1）分别对两台重复频率略有差别的飞秒激光光源进行重复频率锁定，得到重复频率锁定的两台光梳A和B；所述重复频率锁定过程：从飞秒激光光源中分离出少量光，作用到光电二极管，得到电信号；利用信号发生器输出重复频率确定的定频信号；将所述的电信号与定频信号混频，并将混频信号输入低通滤波器，得到频率较低的飞秒激光光源重复频率与标准频率的误差信号即差频信号；利用信号放大器放大此差频信号，并将其作为补偿信号对飞秒激光光源谐振腔端部固定的压电陶瓷PZT进行调节；补偿信号驱动PZT产生微小形变从而改变激光光源腔长，使重复频率动态跟随信号源的定频信号，进而锁定飞秒激光光源的重复频率，得到重复频率锁定的两台光梳A和B；（2）采用分束器分别将两台光梳A和B分为能量高与能量低的两束光；（3）将两台光梳分束后，对能量低的两束光进行信号处理，以产生自适应补偿信号，具体流程如下：将每束光再次通过分束器分成两束光，分别与两个连续激光器输出的激光合束实现拍频，利用光电二极管PD探测此拍频信号；每个拍频信号的抖动由光梳输出的激光脉冲重复频率抖动、载波包络相位抖动以及连续光频率漂移造成；定义连续光的频率为fcw1和fcw2，且连续光1频率大于光梳频率，连续光2的频率小于光梳频率；frA和fcepA分别为光梳A的重复频率与载波包络相位；frB和fcepB分别为光梳B的重复频率与载波包络相位；光梳A、B分别与连续光1拍频，由于光梳A与B的重复频率相近，所以均在频率梳的第n个梳齿处进行拍频，分别得到拍频信号fcw1‑(nfrA+fcepA)与fcw1‑(nfrB+fcepB)；同理，光梳A、B分别与连续光2拍频，分别得到拍频信号(mfrA+fcepA)‑fcw2与(mfrB+fcepB)‑fcw2；通过光电二极管PD将四个拍频光信号转换成为电信号；将两台光梳输出的激光脉冲与同一连续光的拍频信号进行混频即fcw1‑(nfrA+fcepA)与fcw1‑(nfrB+fcepB)混频，(mfrA+fcepA)‑fcw2与(mfrB+fcepB)‑fcw2混频，使用低通滤波器提取出差频信号，得到与连续光频率漂移无关而只与两台光梳重复频率及载波包络相位CEP抖动有关的差频信号n(frA‑frB)+(fcepA‑fcepB)和m(frA‑frB)+(fcepA‑fcepB)，将其中一个信号作为后续探测的补偿信号；并将这两个差频信号进一步混频，得到与两台光梳CEP抖动无关而只与重复频率微小抖动有关的信号k(frA‑frB)，将此信号作为时钟信号；（4） 步骤（3）的同时将重复频率锁定的光梳A分束后能量高的部分作为泵浦光泵浦产生太赫兹光梳A1；另一台光梳B分束后能量高的部分作为探测光梳作用到探测用的半导体天线；太赫兹光梳与探测用光梳在探测用半导体天线上相互作用，在半导体天线上得到反映太赫兹电场的微弱电压信号，此电压信号包含两台光梳的重复频率抖动及CEP抖动；（5）将步骤（3）中产生的补偿信号m(frA‑frB)+(fcepA‑fcepB) 或n(frA‑frB)+(fcepA‑fcepB)与步骤（4）的微弱电压信号进行混频，提取差频信号；（6）用步骤（3）中得到的时钟信号k(frA‑frB)作为触发信号采集步骤（5）产生的差频信号中只包含重复频率抖动影响的太赫兹电场信息；再通过频谱变换，标识探测光梳不同频谱经样品后的吸收与相位变化，就能获得分辨率达到MHz量级的太赫兹光梳光谱探测。