[发明专利]超短脉冲激光器载波包络相位偏移量的补偿装置及方法

说明书

本发明涉及超短脉冲激光器，具体涉及一种超短脉冲激光器载波包络相位偏移量的补偿装置及方法，以解决目前超短脉冲激光器载波包络相位偏移量补偿时，由于其信号频率较高，导致采样电路的成本较高，而且高速采样电路产生的电磁噪声，造成激光器内其它模块无法正常工作的技术问题。本发明所采用的技术方案为：一种超短脉冲激光器载波包络相位偏移量的补偿装置，包括沿信号传输方向上依次设置的激光光谱展宽装置、拍频信号产生装置、信号预处理系统和信号采集及处理装置；本发明还公开了一种超短脉冲激光器载波包络相位偏移量的补偿方法。

技术领域

本发明涉及超短脉冲激光器，具体涉及一种超短脉冲激光器载波包络相位偏移量的补偿装置及方法。

背景技术

基于锁模超短脉冲激光器的飞秒光频梳有噪声低且功率稳定的优点，它产生的周期性脉冲信号在频域上具有高精度的、正交的频率成分，其在高精度测量领域应用甚广。利用飞秒光频梳，可以实现大跨度高精度的测距，也能够协助小卫星调节彼此间的相对姿态；还可以实现高精度的频率传递，帮助时钟群实现10^-11量级的时钟同步；同时还能用于高频低噪的雷达信号的产生，分子化学键的检测。

飞秒光频梳具有高稳定度的原因之一是因为在其核心(飞秒激光器)工作时，激光器内部的非线性过程可以被自动控制，从而抑制其输出信号的噪声。若要对这些非线性过程加以控制，首先要探测其变化，而这些变化反映在飞秒脉冲的载波包络相位偏移量(CEO)上。飞秒光脉冲的CEO变化是相位变化，这个相位变化就演化出一个与之对应的CEO频率。所以要控制飞秒激光器内的非线性过程，就是要控制飞秒脉冲的CEO频率。这个频率信号可以通过锁相环进行精确控制。然而，CEO频率信号的信噪比往往不足40dB，抖动剧烈，且漂动范围很大。在实际操作中，必须要对CEO频率进行预补偿，待其接近目标频率后，再启动锁相环对其进行控制。要实现全自动补偿，最常用的方法是：对CEO信号做采样后，利用傅里叶变换计算其中心频率，再输出相应的信号调节激光器的工作状态。但基于此种原理的补偿方法存在以下缺点：

1)对于高重频的激光器，其CEO信号的最高频率会达到几百MHz或几个GHz。这就要求很高频率的采样芯片，对信号完整性设计及电磁兼容性要求很高。

2)由于CEO信号的频率较高，使高速的采样电路会产生很强的电磁噪声，从而影响激光器内其它模块的正常工作，给整体的设计带来额外困难，并且高速的采样电路成本较高，增加了超短脉冲激光器的制作成本。

发明内容

本发明的目的在于解决目前超短脉冲激光器载波包络相位偏移量补偿时，由于CEO信号的频率较高，导致采样电路的成本较高，而且高速采样电路产生的电磁噪声，造成激光器内其它模块无法正常工作的技术问题，而提供一种超短脉冲激光器载波包络相位偏移量的补偿装置及方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种超短脉冲激光器载波包络相位偏移量的补偿装置，其特殊之处在于：

包括沿信号传输方向上依次设置的激光光谱展宽装置、拍频信号产生装置、信号预处理系统和信号采集及处理装置；

所述激光光谱展宽装置用于将超短脉冲激光器发出的超短脉冲依次进行功率放大和光谱展宽，形成超连续谱信号；所述激光光谱展宽装置通过光纤与拍频信号产生装置相连；

所述拍频信号产生装置用于将超连续谱信号依次进行色散补偿和倍频后，产生CEO信号；

所述信号预处理系统包括沿电路依次连接的光电探测器、滤波单元、放大器、混频器和第一低通滤波器，以及扫频源；所述光电探测器的输入端与拍频信号产生装置的输出端光纤连接；所述混频器上设置有两个信号输入端口，一个输入端口与放大器的输出端口连接，另一个输入端口与扫频源的输出端口连接，扫频源用于向混频器输送线性扫频信号；所述信号预处理系统用于将CEO信号依次进行电信号转化、滤波、放大后，与扫频信号进行混频，最后转化为低频率电信号；