[发明专利]一种高稳定频率源，太赫兹频率产生实验装置及使用方法

权利要求书

1.一种太赫兹频率产生实验装置，其特征在于，包括：

第一激光单元，所述第一激光单元包括：

第一连续激光器，用于输出连续激光，经过第一分束镜分为透射光与反射光两路，透射光输出后照射到光电导天线上；飞秒激光频率梳，用于输出飞秒激光，与所述反射光经过第一合束镜合束后入射到第一光栅上；第一光电探测器，用于接收第一光栅反射的连续激光的反射光和飞秒激光频率梳相应梳齿频率成分的激光，探测到连续激光与飞秒激光的第一拍频信号；第一锁相环电路，用于接收所述第一拍频信号，与原子钟输出的参考信号鉴相后作为误差信号，输出反馈控制信号控制第一连续激光器的输出激光频率，使其锁定在飞秒激光频率梳相应梳齿的激光频率上，以输出第一激光束；

第二激光单元，所述第二激光单元包括：

第二连续激光器，用于输出连续激光，经过第二分束镜分为透射光与反射光两路，透射光输出后照射到光电导天线上；所述飞秒激光频率梳，用于输出飞秒激光，与所述反射光经过第二合束镜合束后入射到第二光栅上；第二光电探测器，用于接收第二光栅反射的连续激光的反射光和所述飞秒激光频率梳相应梳齿频率成分的激光，探测到连续激光与飞秒激光的第二拍频信号；第二锁相环电路，用于接收所述第二拍频信号，与原子钟输出的参考信号鉴相后作为误差信号，输出反馈控制信号控制第二连续激光器的输出激光频率，使其锁定在飞秒激光频率梳相应梳齿的激光频率上，以输出第二激光束；

反射镜，用于接收所述第二激光束，进行反射发出；

第三合束镜，用于接收所述第一激光束，与经过所述反射镜反射发出的激光束，进行合束发出；

透镜，用于接收所述合束镜发出的激光束，进行聚焦发出；

光电导天线，用于接收所述透镜发出的激光束于其间隙处，以向外辐射太赫兹波；

所述飞秒激光频率梳仅锁定脉冲重复频率；

所述脉冲重复频率锁定在原子钟参考信号上；

两束连续激光的波长锁定在飞秒激光频率梳相应的梳齿成分频率上，两束连续激光频率分别为ω₁，ω₂，飞秒激光频率梳锁定于原子钟上，再将两束激光经过空间传输、整形后，照射到光电导天线的间隙中，从而产生太赫兹波辐射，这一太赫兹频率源的输出频率为

ω＝|ω₁-ω₂|，

连续激光器输出激光经过分束镜分为两路，透射光输出后照射到光电导天线上，反射光和与飞秒激光频率梳输出的激光经过合束镜合束后入射到光栅上，由光电探测器接收光栅反射的连续激光的反射光和飞秒激光频率梳相应梳齿频率成分的激光，飞秒激光频率梳其它频率成分的激光被光阑阻挡，光电探测器探测到连续激光与飞秒激光的拍频信号fb，fb信号输入锁相环电路与原子钟输出的参考信号鉴相后作为误差信号，锁相环电路输出反馈控制信号控制连续激光器的输出激光频率，使其锁定在飞秒激光频率梳相应梳齿的激光频率上，飞秒激光频率梳的脉冲重复频率fr锁定在原子钟参考信号上；

将第一连续激光器的输出激光频率f₁锁定在飞秒激光频率梳第n1根梳齿频率f_n1上，两者拍频信号为f_b1，则有f₁＝n1×f_r+f_ceo+f_b1，其中f_ceo为飞秒激光频率梳的载波包络相位，将第二连续激光器的输出激光频率f₂锁定在飞秒激光频率梳第n2根梳齿频率f_n2上，两者拍频信号为f_b2，则有f₂＝n2×f_r+f_ceo+f_b2，通过对连续激光器的预先设定调节，使得f_b1＝f_b2，n1＞n2；

将第一连续激光器和第二连续激光器定在同一台飞秒激光频率梳上之后，进一步将它们的输出光经过合束和聚焦后照射到光电导天线的间隙处，光电导天线向外辐射太赫兹波，其频率f＝f₁-f₂＝(n1-n2)×f_r在具体实验中通过对两台连续激光器的调节，改变n1和n2，从而对该频率源的输出频率进行调谐。

2.一种太赫兹频率产生实验装置的使用方法，其特征在于，包括：

第一连续激光器输出连续激光，经过第一分束镜分为透射光与反射光两路，透射光输出后照射到光电导天线上；飞秒激光频率梳，用于输出飞秒激光，与所述反射光经过第一合束镜合束后入射到第一光栅上；第一光电探测器，用于接收第一光栅反射的连续激光的反射光和飞秒激光频率梳相应梳齿频率成分的激光，探测到连续激光与飞秒激光的第一拍频信号；第一锁相环电路，用于接收所述第一拍频信号，与原子钟输出的参考信号鉴相后作为误差信号，输出反馈控制信号控制第一连续激光器的输出激光频率，使其锁定在飞秒激光频率梳相应梳齿的激光频率上，以输出第一激光束；

第二连续激光器输出连续激光，经过第二分束镜分为透射光与反射光两路，透射光输出后照射到光电导天线上；所述飞秒激光频率梳，用于输出飞秒激光，与所述反射光经过第二合束镜合束后入射到第二光栅上；第二光电探测器，用于接收第二光栅反射的连续激光的反射光和所述飞秒激光频率梳相应梳齿频率成分的激光，探测到连续激光与飞秒激光的第二拍频信号；第二锁相环电路，用于接收所述第二拍频信号，与原子钟输出的参考信号鉴相后作为误差信号，输出反馈控制信号控制第二连续激光器的输出激光频率，使其锁定在飞秒激光频率梳相应梳齿的激光频率上，以输出第二激光束；

反射镜接收所述第二激光束，进行反射发出；

第三合束镜接收所述第一激光束，与经过所述反射镜反射发出的激光束，进行合束发出；

透镜接收所述合束镜发出的激光束，进行聚焦发出；

光电导天线接收所述透镜发出的激光束于其间隙处，以向外辐射太赫兹波；

所述飞秒激光频率梳仅锁定脉冲重复频率；

所述脉冲重复频率锁定在原子钟参考信号上；

两束连续激光的波长锁定在飞秒激光频率梳相应的梳齿成分频率上，两束连续激光频率分别为ω₁，ω₂，飞秒激光频率梳锁定于原子钟上，再将两束激光经过空间传输、整形后，照射到光电导天线的间隙中，从而产生太赫兹波辐射，这一太赫兹频率源的输出频率为

ω＝|ω₁-ω₂|，

连续激光器输出激光经过分束镜分为两路，透射光输出后照射到光电导天线上，反射光和与飞秒激光频率梳输出的激光经过合束镜合束后入射到光栅上，由光电探测器接收光栅反射的连续激光的反射光和飞秒激光频率梳相应梳齿频率成分的激光，飞秒激光频率梳其它频率成分的激光被光阑阻挡，光电探测器探测到连续激光与飞秒激光的拍频信号fb，fb信号输入锁相环电路与原子钟输出的参考信号鉴相后作为误差信号，锁相环电路输出反馈控制信号控制连续激光器的输出激光频率，使其锁定在飞秒激光频率梳相应梳齿的激光频率上，飞秒激光频率梳的脉冲重复频率fr锁定在原子钟参考信号上；

将第一连续激光器的输出激光频率f₁锁定在飞秒激光频率梳第n1根梳齿频率f_n1上，两者拍频信号为f_b1，则有f₁＝n1×f_r+f_ceo+f_b1，其中f_ceo为飞秒激光频率梳的载波包络相位，将第二连续激光器的输出激光频率f₂锁定在飞秒激光频率梳第n2根梳齿频率f_n2上，两者拍频信号为f_b2，则有f₂＝n2×f_r+f_ceo+f_b2，通过对连续激光器的预先设定调节，使得f_b1＝f_b2，n1＞n2；

将第一连续激光器和第二连续激光器定在同一台飞秒激光频率梳上之后，进一步将它们的输出光经过合束和聚焦后照射到光电导天线的间隙处，光电导天线向外辐射太赫兹波，其频率f＝f₁-f₂＝(n1-n2)×f_r在具体实验中通过对两台连续激光器的调节，改变n1和n2，从而对该频率源的输出频率进行调谐。