[发明专利]一种基于全通锁相光纤环形腔的光梳重频加倍系统

说明书

一种基于全通锁相光纤环形腔的光梳重频加倍系统，包括全通光纤环形腔以及电子锁相单元，全通光纤环形腔由单模光纤、耦合比可调的光纤方向耦合器以及自动控制的光学延迟线组成，为了实现重频加倍，其腔长由电子锁相单元精确控制为光梳半腔长的奇数倍，由于能量损失仅跟光纤环形腔的损耗有关，所以本发明能量效率高，且锁相单元配置简单，得到的重频加倍输出脉冲强度波动小、相邻纵模压缩比高、频率稳定性好且相位噪声小；此外，可以通过级联若干个重频加倍单元得到较大的重频加倍数。

技术领域

本发明属于测量技术领域，特别涉及一种基于全通锁相光纤环形腔的光梳重频加倍系统。

背景技术

光梳的重复频率等于光梳在频域中相邻两纵模的频率间隔。在一些应用领域，由于小的频率间隔会导致纵模间的混叠从而使测量分辨率下降，所以两纵模的频率间隔越大越好，最好达到GHz量级，如绝对距离测量、天文光谱校准、气体光谱测量、任意波形产生和光频计量。激光重复频率的上限由激光器的物理腔长决定，特别是对于掺铒光纤激光器，因为增益介质为一定长度的掺铒光纤，所以其腔长不可能变得很短从而得到高重频。因此，通过外部装置获得重频加倍就显得尤为重要。目前已经存在很多重频加倍方法，比如使用FP腔、马赫曾德尔干涉仪和阵列波导光栅进行光谱滤波。这些方法在硬件复杂度和脉冲能量损失方面都有各自的优点和缺点。单一FP腔就可以获得高达几十GHz的重频，但是能量损失和FP腔的自由光谱范围成正比。单一的马赫曾德尔干涉仪只能使重频增大为原来的两倍而且能量损失一半，要想获得大的重频加倍数，必须级联多个马赫曾德尔干涉仪。对于阵列波导光栅，虽然可以得到大重频但是脉冲能量波动大。除了上述光谱滤波方法还有一种基于时域自成像的全相位滤波方法。这种方法虽然可以实现任意倍数的重频加倍，但是对于给定的倍数需要特定的色散并且时域自成像条件在宽带范围内难以满足。所以，一种高能量效率、低脉冲能量波动、装置简单的重频加倍方法仍有待研究。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于全通锁相光纤环形腔的光梳重频加倍系统，由单模光纤、耦合比可调的光纤方向耦合器和光学延迟线的左右准直透镜间的空间光路组成光纤环形腔，通过电子锁相单元控制光纤环形腔的腔长为光梳半腔长的奇数倍，就可以实现重频加倍。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

由于能量损失仅跟光纤环形腔的损耗有关，所以与现有技术相比，本发明的能量效率高。此外，由于该系统基于一个全通的锁相光纤环，所以重频加倍输出的脉冲能量波动小、相邻纵模的压缩比高、频率稳定性好且相位噪声小。

附图说明

图1是本发明的原理示意图，其中(a)是全通光纤环的结构图，(b)是光纤环腔长为光梳腔长一半时的选择性滤波示意图，(c)是光纤环腔长为光梳半腔长的5倍时的选择性滤波示意图，虚线为被滤掉的纵模。

图2是本发明的结构示意图。

图3是原始输入和重频加倍输出的时域图和频谱图。其中(a)和(c)是原始输入的时域图和频谱图，(b)和(d)是重频加倍输出的时域图和频谱图，频谱仪的(N9020A,Agilent)的分辨率带宽为1MHz，衰减为20dB。

图4是重频加倍输出的频率长期稳定性和相位噪声。其中(a)是重频的Allan方差，(b)是重频的相位噪声。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明的原理如图1所示。图1(a)给出全通光纤环形腔的结构简图，其由单模光纤和耦合比可调的光纤方向耦合器组成。假设光纤方向耦合器的损耗与耦合比无关，则由图1(a)可得，光纤方向耦合器的光强损耗γ为：