[发明专利]全保偏主动跟踪型光纤光梳光源

说明书

技术领域

本发明涉及一种全保偏主动跟踪型光纤光梳光源，属于激光技术领域。

背景技术

对飞秒激光器进行频率锁定和载波相位锁定之后，其可产生间隔、幅度、功率都非常稳定的时域超短脉冲信号，该脉冲序列具有丰富的傅里叶变换频谱，可实现微波频率与光学频率的直接连接。用一台锁模飞秒脉冲激光器就可实现了从近红外到可见光区域的所有光学频率的直接绝对测量，这一成果被公认为光频测量领域具有革命性意义的突破。基于锁模飞秒脉冲激光技术的梳状光学频率发生器被认为是实现光学频率与微波频率传递的光齿轮，利用飞秒光频梳技术的光时钟，不但拥有丰富的频率，而且还具有可与原子钟媲美的频率稳定度，其不但在测量和计量中有十分广泛的应用，还在医药检测、光谱分析、显微成像、测距、传感、航天器对接，外太空卫星通信、地面大尺寸高精密光学机械加工、深空探测以及医学诊断等方面显示出越来越多的优势。

近年，光纤光梳由于其体积小、工作稳定、抗干扰强、成本低廉、操作相对简单、无需专业维护、容易大规模生产等特点得到广泛的关注。随着科研和工程应用的不断拓展，其工作的环境越来越复杂，已经开放的光纤光梳光源，存在以下缺陷：(1)锁模方式主要是非线性偏振旋转锁模(NPR)，其对温度和振荡敏感；(2)一般来说重复频率是固定，不能调节，同时锁频时需要外部时钟人为调节跟踪；(3)超连续产生为非偏振保持的，因此在获得fceo信号时需要，需要把倍频信号和基频信号分开，分别调节其偏振态和空间时延，造成产生的fceo信号对振动和温度非常敏感。

发明内容

本发明提供一种全保偏主动跟踪型光纤光梳光源，主要解决了现有方法对温度、振动敏感的问题；该光纤光梳光源引入了精调和粗调锁频方法，实现了光频梳的频率锁定由被动转为主动方式，大大增强了抗干扰能力，同时实现了主动跟踪频率可调的功能。

本发明的具体技术解决方案如下：

该全保偏主动跟踪型光纤光梳光源包括用于使激光器输出脉冲的重复频率与参考频率精确锁定，且获得较高的频率稳定度的精调锁频反馈回路、用于使光纤光梳光源长期处于稳定的锁频范围的粗调锁频反馈回路、以及用于增加锁相的捕获能力和控制能力的稳相反馈回路；当稳频信号发生突变时，粗调锁频反馈回路将突变的稳频信号补差至精调控制的范围，进入精调锁频反馈回路进行精调，再经稳相反馈回路增加锁相的捕获能力和控制能力后输出；当稳频信号未发生突变或突变范围未超出精调控制的范围时，直接进入精调锁频反馈回路进行精调。

上述精调锁频反馈回路包括依次串联的光纤振荡器、隔离器、光放大器、光电探测器、带通滤波器、混频器、低通滤波器、PID伺服控制器和压电陶瓷驱动，压电陶瓷驱动再与光纤振荡器串联形成回路。

上述粗调锁频反馈回路包括依次串联的光纤振荡器、隔离器、光放大器、光电探测器、带通滤波器、混频器、低通滤波器、模数转换器、基于FPGA和DSP的程序电路、光延迟线驱动电路，光延迟线驱动电路再与光纤振荡器串联形成回路。

上述光纤振荡器、隔离器、光放大器、脉冲压缩、超连续谱产生、色散补偿、f-2f频率转换系统、低噪光电探测器、相位探测器、拓频电路、PID伺服控制器、激光器电流源，激光器电流源再与光纤振荡器串联形成回路。

上述光纤振荡器是以光纤光栅、半导体饱和吸收体作为反射镜面形成谐振，半导体饱和吸收体作为被动锁模起振元件，掺杂光纤作为增益介质，插入相移器和高精度电控光延迟作为频率精调和粗调控制器件。

上述光纤光栅是用于反射及腔内色散补偿的啁啾光纤光栅，或仅用于反射的非啁啾光纤光栅，或反射时不改变入射偏振态的保偏反射镜或保偏反射装置。

上述光纤光栅的腔内有掺杂光纤作为增益介质，掺杂增益光纤是掺Er，Nd，Yb，Bi，Er/Yb，Tm/Ho或者Yb/Tm离子。

本发明的优点如下：

本发明以全保偏方案实现了光纤光梳光源，从振荡器、放大器、压缩器、超连续谱产生、fceo信号探测均为保偏系统；为了防止外界振动、大温度变化对锁频造成影响，锁频采用主动跟踪的办法，实时监测系统频率变化，通过粗调和精调电路相结合的办法，即保证了锁定时频率精度，又抑制了外界环境对锁频的影响；在锁定fceo信号时，反馈电路带宽限制导致锁定相位时困难且时间较短，我们通过设计微波电路，拓宽反馈电子线路的带宽，增强其控制和捕获fceo信号的能力，实现操作简单的功能。

附图说明

图1为保偏光纤光梳光源系统示意图；

图2a为保偏线性腔(腔内带光纤光栅)；

图2b为保偏线性腔(腔内带光纤光栅及反射镜)；