[发明专利]一种飞秒激光频率梳频率稳定性的测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞秒激光频率梳频率稳定性的测量方法及装置，属于物理领域、光学工程领域以及计量测试技术领域。

背景技术

以飞秒激光频率梳为代表的飞秒激光技术，可以实现激光频率测量，并能给出极高的梳频准确度，例如达到10^-13、10^-14甚至更高。由于该准确度是通过将飞秒激光频率梳的重复频率和偏移频率分别锁定到原子钟频率上获得的，因而，人们一方面寻找更高准确度和稳定性的原子钟用来进行飞秒激光频率锁定，反过来也在尝试寻找如何测量剔除原子钟频率稳定性影响的飞秒激光频率梳自身的频率稳定性的测量方法。锁定到同一原子钟频率的双光梳互相拍频法便是人们使用的一种方法，已经有使用双光梳互拍方法得到10^-18稳定度的文献报道。但是对于大多数飞秒激光实验室而言，飞秒激光频率梳系统仍然是一个复杂、庞大、昂贵的系统，因而用它来进行梳频稳定度测量评价，方法固然可行，但条件要求太高，除了少数实验室外，大多数实验室很难开展该项工作，但又面临所研制和使用的飞秒激光频率梳稳定性测量的现实问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有双光梳互拍频技术对设备要求高的问题，提出一种飞秒激光频率梳频率稳定性的测量方法及装置。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种飞秒激光频率梳频率稳定性的测量方法，该方法由飞秒激光频率梳产生的光谱中分别提取出重复频率f_r和偏移频率f₀，两者已经被锁定到原子钟的参考频率上；原子钟的频率经频率合成器合成获得一个接近偏移频率f₀的频率值，与偏移频率f₀经混频器A进行混频获得两者的差频Δf₀，用外时基锁定到原子钟频率上的时间频率计数器A读取差频Δf₀，并传给计算机，以计算机计算获得的差频Δf₀稳定度即是偏移频率f₀的稳定度测量值δ₀，通常它以阿伦标准偏差表述。它是剔除了原子钟影响的飞秒激光频率梳自己的偏移频率f₀的稳定度；

原子钟的频率经频率合成器合成获得一个接近重复频率f_r的频率值，与重复频率f_r经混频器B进行混频获得两者的差频Δf_r，用外时基锁定到原子钟频率上的时间频率计数器B读取差频Δf_r，并传给计算机，以计算机计算获得的差频Δf_r稳定度即是重复频率f_r的稳定度测量值δ_r，通常它以阿伦标准偏差表述。它是剔除了原子钟影响的飞秒激光频率梳自己的重复频率f_r的稳定度。

由飞秒激光频率梳内部的光电探测器分别输出其重复频率f_r和偏移频率f₀，它们通过飞秒激光频率梳内部的锁相稳频电路分别锁定到原子钟频率上。其飞秒激光频率梳的光频f_n为：

f_n=n×f_r+f₀      （1）

其中，n为代表飞秒激光频率梳的光频序号的正整数，量级在10⁵～10⁶之间。

将时间频率计数器锁定到飞秒激光频率梳所用的原子钟频率上，通过时间频率计数器分别记录重复频率f_r的稳定度δ_r和偏移频率f₀的稳定度δ₀，即是剔出了原子钟影响部分的飞秒激光频率梳的重复频率f_r和偏移频率f₀的稳定度，将两者按照式（1）以方和根方式进行合成，可得飞秒激光频率梳剔出原子钟影响的第n个梳频率的稳定度δ_n：