[发明专利]获得光梳与其光谱范围外连续激光之间拍频信号的方法

说明书

本发明公开了一种获得光梳与其光谱范围外连续激光之间拍频信号的方法，包括以下步骤：飞秒激光与其光谱覆盖范围以外的连续激光同时耦合入光子晶体光纤，利用光子晶体光纤的非线性效应，在飞秒激光光谱展宽获得飞秒光梳的同时，使连续激光产生一系列频率边带，频率边带与连续激光的频率间隔为飞秒光梳重复频率的整数倍，将连续激光及其频率边带记为第二光梳；通过选择合适的探测光谱成分，获得飞秒光梳与第二光梳的拍频信号，该拍频信号即为飞秒光梳与其光谱范围外的连续激光之间的拍频信号。本发明的优点是：解决了由于光梳与其光谱范围外连续激光之间因光谱不重合而无法直接获得拍频信号的难题，该方法结构简单、噪声小、稳定性高。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种获得光梳与其光谱范围外连续激光之间拍频信号的方法。

背景技术

光学频率梳的发明解决了光波频率高而无法直接测量的难题：它通过测量待测光波与相邻光梳梳齿之间的拍频信号的频率（一般在微波波段）以及该光梳梳齿的频率，从而实现光频测量。近年来，光学频率梳也被应用于连接不同频率的光波，实现不同波长的激光之间的频率比值测量；或者将某一激光的频率精度、相干性传递到其它光波长，如将光钟信号传递到1.5 um波长处，实现时间/频率远距离高精度传递；又或者将光钟信号传递到所需要的波长处，开展精密光谱与基本物理理论验证方面的研究；也有研究人员通过将飞秒光梳锁定在一个频率稳定的相干光源上，实现对飞秒光梳的频率控制，从而开展高精度测距、高精度光梳光谱等应用。

上述这些光梳的应用，都以获得高信噪比的光梳与连续激光的拍频信号为基础，从而实现对光学频率梳的频率控制、光频测量和光相干传递等目的。要获得光梳与连续激光的拍频信号，首先光梳的频谱必须与连续激光重合，其次在光路搭建上，一般将展宽后的飞秒激光与连续激光在空间上重合，偏振方向也重合，然后入射到探测器，才能获得飞秒光梳与连续激光的拍频信号。

当连续激光的波长恰巧落在飞秒光梳的光谱范围内，那么只需要将连续激光和光梳在空间和偏振上重合，并入射到探测器就能获得两者的拍频信号。而当连续激光的波长在展宽后的飞秒光梳光谱外时，例如，光谱范围在1-2微米的光纤光梳和波长在可见光的大部分光钟信号，一般需要先将光纤脉冲激光进行功率放大和光谱展宽，然后倍频至连续激光波长处，再将倍频后的飞秒光梳与连续激光在探测器上进行拍频获得两者的拍频信号；而光谱范围在0.5-1微米的钛宝石飞秒光梳与波长在近红外波段的激光，如1.5微米光纤通讯波段激光，往往先将近红外激光倍频至钛宝石飞秒光梳光谱范围内，再将倍频光与光谱展宽后的飞秒光梳进行拍频获得拍频信号。也有一些应用场景因为两者的波长不能满足两倍的关系，因此无法通过上述方法中的倍频实现光谱重叠，因此也有人采用光学差频等手段。不过这种方法只能满足一些特殊波长的激光，如光纤光梳和波长在10微米的远红外激光。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种获得光梳与其光谱范围外连续激光之间拍频信号的方法，将飞秒激光与连续激光同时通过光子晶体光纤，在飞秒激光光谱展宽的同时，产生以连续激光频率为中心、频率间隔为光梳重复频率的新的第二光梳，该第二光梳与展宽后的飞秒光梳的光谱有重叠部分，从而通过拍频获得连续激光与飞秒光梳之间的拍频信号。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种获得光梳与其光谱范围外连续激光之间拍频信号的方法，所述方法包括以下步骤：将飞秒激光与所述飞秒激光光谱覆盖范围以外的连续激光同时耦合入光子晶体光纤，实现所述飞秒激光的光谱展宽获得飞秒光梳，在所述飞秒激光光谱展宽的同时，所述连续激光产生频率边带，所述频率边带与所述连续激光的频率间隔为所述飞秒光梳重复频率的整数倍，将所述连续激光及所述频率边带记为第二光梳，通过光栅和光阑选择探测光谱成分，获得所述飞秒光梳与所述第二光梳的拍频信号。

所述飞秒激光通过功率为500-700 mW的飞秒激光器产生，所述连续激光通过功率为10-30 mW的连续激光器产生。