[发明专利]双飞秒光学频率梳产生装置

说明书

本发明涉及一种双飞秒光学频率梳产生装置，属于飞秒激光技术领域。该装置具有光纤和空间光路组成的环形谐振腔结构，包括：泵浦源、波分复用器、压电陶瓷、掺铒光纤、单模光纤、第一光纤准直镜、第二光纤准直镜，以及空间光路元件第一1/4波片、第一1/2波片、偏振分束棱镜、光隔离器、第二1/2波片、第二1/4波片；还包括光栅对；所述光栅对由第一光栅和第二光栅组成，置于所述偏振分束棱镜与所述光隔离器之间。装置通过光栅对引入光程差，从而产生重复频率有差异的双飞秒光学频率梳，重频差可通过光栅对的间距进行调节。本发明的装置成本低、体积小、结构简单紧凑、操作方便，具有广泛的工程应用前景。

技术领域

本发明涉及一种双飞秒光学频率梳产生装置，属于飞秒激光技术领域。

背景技术

飞秒激光在频域为一系列等间隔分布的光谱谱线，谱线间隔等于飞秒激光重复频率，形成一个梳状结构，因此其也被称作飞秒光学频率梳。飞秒光学频率梳光谱范围大，谱线线宽窄，可溯源至频率基准，非常适合应用于光谱测量与分析。2005年，美国科学家霍尔和德国科学家亨施就因“激光精密光谱学尤其是光学频率梳技术上革命性的研究成果”而获得了诺贝尔物理学奖。

基于双飞秒光学频率梳的双光梳光谱测量技术是一项光谱学前沿技术，获得了国内外科学家的广泛关注。双光梳光谱测量需要涉及两束重复频率稍有差别的飞秒激光，将这两束飞秒激光其中之一或共同通过样品，然后利用光电探测器采集它们的外差信号；写入飞秒光频梳谱线上的样品光谱信息被转移到射频域，通过分析外差信号即可提取出样品的光谱信息。双光梳光谱测量具有分辨力高、准确度高、采样速度快、信噪比高的优点，相比传统的傅立叶光谱仪，分辨率可提高4个数量级、采样速度提高6个数量级。因此，双光梳光谱测量在分子精细能级测量、大气污染物监测、发动机燃烧产物检测等科学和工业领域具有巨大的应用价值。

产生两束重复频率有微小差异的飞秒光学频率梳是双光梳光谱测量技术的前提。现有技术需要两台独立的飞秒光学频率梳装置，首先大大增加了成本和系统体积；两台飞秒光学频率梳的偏振、光谱、功率互相独立，可能相差较大，影响了双光梳之间的相干性，进而降低了光谱测量时的信噪比；温度、振动、气流等环境因素对两台独立的飞秒光学频率梳装置的影响无法保证一致，降低了系统的稳定性。因此，产生双飞秒光学频率梳的现有技术制约了双光梳光谱测量的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有通过两台设备产生双飞秒光学频率梳时存在的体积大、结构复杂、稳定性差以及产生的双飞秒光学频率梳之间相干性低的问题，提供一种双飞秒光学频率梳产生装置。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的双飞秒光学频率梳产生装置，该装置具有光纤和空间光路组成的环形谐振腔结构；包括：泵浦源、波分复用器、压电陶瓷、掺铒光纤、单模光纤、第一光纤准直镜、第二光纤准直镜，以及空间光路元件第一1/4波片、第一1/2波片、偏振分束棱镜、光隔离器、第二1/2波片、第二1/4波片；还包括光栅对；所述光栅对由第一光栅和第二光栅组成，置于所述偏振分束棱镜与所述光隔离器之间。

所述第一光栅和第二光栅为两片相同的高密度透射式石英光栅，光栅占空比为0.5，光栅周期a的取值范围为2a2.15μm，光栅深度h的取值范围为2.65h2.72μm。

所述光栅对与光线方向垂直，第一光栅和第二光栅保持平行，刻槽面相对，完全对称放置；任意一片光栅固定在精密纳米位移装置上，可沿光线方向线性移动，精确控制光栅对之间的距离。

所述光栅对的间距小于等于200μm。