[发明专利]基于超声光栅的可调谐光学变频器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于超声光栅的可调谐光学变频器，特别涉及一种基于超声光栅移频、循环移频和滤波技术的宽带调谐的变频器。

背景技术

光学频率下转换、上转换的本质是差频、和频技术。相比传统的谐波产生方法，差频、和频合成技术系统的最大优势在于系统便携、紧凑，同时包含更丰富的频率成份。目前，有频率间距二分法、光学参量振荡器法、非线性晶体光学法、激光二极管四波混频法、光频梳发生器法等。在这些方法中频率间距二分法和光频梳发生器法比较有特色。这两种方法的宗旨就是将一个大的光学频率间距分割成若干个与已知频率成一定关系的更小频率间距，而这个已知频率通常可以采用现有手段来测量出来，这为频率探测技术提供了极其便捷的手段。

从另外一个角度来看，如果能够通过不断移动可测量的小间距的频率而最终获得大间距的任意频率，而且这些任意的光频率也能够得到测量，那将是一件非常不错的想法。比如事先知道了某一已知频率ω_rf，现在仅在原有频率ω_c的附近实现已知频率ω_rf的若干次的倍增或倍减，最终通过原有频率ω_c可以得到任意期望的频率ω_c±nω_rf。而此时每个频率的大小又可以通过一个类似于频率“显示屏”的滤波器显示出来。如果真能够实现该想法，那么该技术不仅可以满足光频测量的要求，而且还可以获得我们任意需求的光源频率。

为了实现该想法，本发明公开了一种基于超声光栅的可调谐光学变频器。该发明将变频激光器的结构大大简化，成本大幅降低，使其庞大的光学实验室得以小型化-一台这样的可调谐光学变频器就可以取代数十台到数百台的激光器，从而使光学实验的综合成本幅度降低，有望在科学研究、工业生产等方面获得广泛应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种紧凑、便携，易于集成，宽调谐且调谐效率高的宽带调谐变频器。

解决本发明技术问题的技术方案是：提供一种基于超声光栅的可调谐光学变频器，其包括激光器、第一光隔离器、基于超声光栅移频的循环移频模块；所述激光器输出的光经过第一光隔离器后输入到所述循环移频模块中进行反复移频，然后经可调谐滤波器滤波和第二光环行器分离，再从循环移频模块的端口输出变频光。

所述激光器为工作波长在100nm-100000nm波段内的半导体激光器、气体激光器、固体激光器或光纤激光器。

所述基于超声光栅移频的循环移频模块的闭环增益系数的最佳值为1，次佳值为1以外的其它正整数值，再次佳值为1以外的其它正整数的倒数值。

所述基于超声光栅移频的循环移频模块由光耦合器、超声光栅、L₁透镜、L₂透镜、光放大器、第二光隔离器、第一光环行器、光纤布喇格光栅、第二光环行器、可调谐滤波器以及可调衰减器组成。

所述超声光栅为透射超声光栅，用于相位调制。

所述超声光栅和L₁透镜和L₂透镜的输出功率不能超过光放大器的最大允许输入光功率。

所述第一光环行器为三端口环行器，第一端口连接第二光隔离器的输出端，第二端口连接光纤布喇格光栅的输入端，第三端口连接吸收负载，所述吸收负载吸收光纤布喇格光栅的反射光。

所述第二光环行器为三端口环行器，其第一端口连接光纤布喇格光栅的输出端口，第二端口连接可调谐滤波器的输入端口，第三端口作为循环移频模块的光输出口。

所述基于超声光栅移频的循环移频模块中各部件的工作频率带宽不小于循环移频模块输出端口的最高输出频率与激光器光源的频率差。

所述第一光隔离器、基于超声光栅移频的循环移频模块中各部件的工作波段与激光器的工作波段一致。

所述可调谐滤波器为窄带滤波器，将需要滤取的窄带光反射到第二光环行器的第三端口输出，而将其它频率的光透射到光衰减器的输入端，所述变频器的频率变化值等于可调谐滤波器的窄带输出光的频率与所述激光器的输出光的频率之差，变频器的频率调节范围不大于可调谐滤波器的窄带输出光的频率可调范围。

所述可调谐滤波器为带缺陷层的一维光子晶体技术或光栅衍射技术所制作成的频率可调谐滤波器。

所述一维光子晶体的光子禁带区不小于系统输出的光波的频率调谐范围，所述一维光子晶体包含一层折射率可调缺陷层，所述缺陷层的折射率的调节方式包括电致折变、磁致折变、声致折变、光致折变、力致折变或热致折变，所述一维光子晶体具有一缺陷模，所述缺陷模随所述缺陷层的折射率的变化。