[发明专利]一种基于双环形集成谐振腔的四光梳同步生成方法

说明书

本发明提出一种基于双环形集成谐振腔的四光梳同步生成方法，所述方法使泵浦源输出泵浦光，向增益模块提供泵浦并生成激光，在双环形集成谐振腔内循环传播，切断第二分路的光路，使激光只能经过第一分路在腔内传播，并生成双光梳；切断第一分路的光路，恢复第二分路的光路，使激光只能经过第二分路在腔内传播并生成双光梳；恢复第一分路和第二分路的光路，记录重复频率，调节两个分路引入的光程，再生成同步四光梳。本发明所述方法相干性好、可集成性好、重复频率可调性好，并且成本低易实现。

技术领域

本发明属于激光技术领域，特别是涉及一种基于双环形集成谐振腔的四光梳同步生成方法。

背景技术

远距离高精度激光测距技术是卫星编队飞行等尖端航天领域中的关键技术组成部分，对于我国发展深空探测科学领域具有重要意义。相比于传统激光测距方法，基于光梳的新型激光测距方法兼有范围远、精度高、速度快的优点，如2000年Minoshima等提出的光梳模间拍频干涉测距方法、2009年Coddington等提出的双光梳光学采样干涉测距方法以及2018年张福民等提出的三光梳多外差干涉测距方法等。随着光源扩展至三光梳，测距方法的不模糊测量范围也扩展至150米，并可根据该研究进一步预测，应用不同重复频率的四光梳，将使得测距不模糊范围进一步扩展至百公里以上。因此四光梳光源的研制是远距离高精度激光测距技术所面临的下一阶段性难题，对于星间测距、卫星编队以及我国深空探测事业的发展都具有重大意义，亟待解决。

上述需求对四光梳光源在集成性、相干性和重复频率可调性等方面都提出了较高要求。深空探测技术，要求上天的装置体积小，因此对四光梳提出集成性要求；光梳测距方法属于一种激光干涉测距方法，对四光梳提出相干性要求；光梳测距方法为了提升”不模糊测量范围“，对四光梳的重复频率值有不同的要求，需要较为灵活的重复频率可调性。现有四光梳同步生成方法，根据所使用的激光器类型，可分为固体激光器实现方法、微谐振腔激光器实现方法和光纤激光器实现方法。

固体激光器实现方法：目前现有技术中提出在同一台固体锁模激光器中，通过合理地分配腔内空间、设计多条不同长度的谐振光路，实现大功率、重复频率可调的多光梳同步生成的方法，可用于四光梳生成。但是该方法基于纯空间光路结构，光路调节难度极大，对装置与环境的稳定性要求极高，体积庞大、价格昂贵，限制了该方法的实际应用。此外，尽管多条谐振光路共用同一套装置，但使用的仍然是装置的不同部分，光束透过增益介质的不同区域所生成的光梳也无法保证较好的相干性。

微谐振腔激光器实现方法：目前现有技术中提出使用多个集成微谐振腔，分别生成光梳，实现高度集成的多光梳同步生成的方法，可用于四光梳生成。但是微腔半导体产品一经制造完成则无法再次调整重复频率，且受半导体加工精度和工艺限制，在实际应用中难以保证所生成的多个光梳特性一致，影响相干性，并且成本高昂。

光纤激光器实现方法：使用光纤激光器同步生成四光梳的方法，则兼顾了集成性与低成本的优点。目前现有技术中提出在一个光纤锁模激光器内，通过使用光学滤波器分割增益频带，在光学滤波器的四个光学通带范围内分别生成光梳，即可实现高度集成的同步四光梳生成的方法，但是该方法所生成的四光梳在原理上具有相互分离的光谱，无法直接用于光梳干涉测量当中。文献[Ting Li et al.Tri-Comb and Quad-Comb GenerationBased on a Multi-Dimensional Multiplexed Mode-Locked Laser.J.LightwaveTechnol.2019,37:5178-5184]提出多维度复用的方法，使用光学滤波器将激光器的增益频带仅分为两部分，再利用保偏光纤在每个光学通带范围内同时生成不同偏振态的光梳，即可实现高度集成、可直接干涉的同步四光梳生成，但是该方法生成四光梳的重复频率差值仅来源于不同波长和保偏光纤不同光轴的折射率差值，导致重复频率可调性受到局限，只能对四光梳同步地调节，难以通过对其中部分光梳的重复频率单独调节以实现较大的重复频率差值，因此在测距应用中将会限制其对不模糊测量范围的进一步扩展。