[发明专利]一种高精度光学频率合成装置

说明书

本发明公开了一种高精度光学频率合成装置，包括多通道光学分频器和原子光钟；其中，多通道光学分频器，用于将输入的参考激光的频率特性高保真地转换到其它波长处，并对输出激光的频率进行控制；原子光钟，用于校准光学频率合成装置，使光学频率合成装置获得长时间频率稳定度和高精度。本发明的优点是：能在宽波长范围内的任意指定的频率处输出和稳频激光或者光钟相同频率特性的光波。

技术领域

本发明属于激光频率精密控制技术领域，具体涉及一种高精度光学频率合成装置。

背景技术

相干性好、频率稳定且精度高的电磁波一直是通信、雷达、全球定位系统、精密光谱和精密测量等应用研究领域所追求的信号。微波频率合成器已广泛用于上述高科技和科学研究领域，它能在任意指定的微波频率处高精度地输出频率特性与微波振荡器或者微波钟相当的电磁波，是微波应用的重要工具。目前，稳频激光或者光钟所产生的电磁波在光波段，它的短时频率稳定度可以达到10⁻¹⁶甚至10⁻¹⁷（1秒平均时间），长时频率稳定度可达到10⁻¹⁸-10⁻¹⁹，频率精度达到10⁻¹⁸，这些性能比微波要好至少2个数量级。如此优异的电磁波将在探索物理常数是否随时间变化、高精度地球引力势测量、探测引力波和暗物质等领域有着重要的应用。然而稳频激光或者光钟只在少数几个光频处输出如此高性能的电磁波信号，要真正用上这些光波，还需要光学波段的频率合成装置，它能根据需要在任意指定的频率处输出和稳频激光或者光钟相同频率特性的光波。

光学频率合成的核心是如何将稳频激光或者光钟输出的光波信号的频率特性高保真地传递到所需的频率处。在微波波段，实现该功能的器件被称为分频器。然而在光波波段，由于光波振荡频率比微波高至少4个数量级，因此电子器件无法响应如此快的电磁波振荡，这使得光学分频一项极具挑战的研究。直到光学频率梳的发明才使得光学分频成为可能。通过精密控制光学频率梳，它能实现不同波长的两个激光之间的相干连接。目前采用光学频率梳往往只是传递光的相干性，或者测量两个激光频率的比值，并没有预先设置光学频率比值，这为实现光学频率合成带来了不便。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种高精度光学频率合成装置，该合成装置通过借助光学频率梳实现激光频率的高精度分频，且分频比值能预先设定，基于多通道光学分频器建立的高精度光学频率合成装置，它能在宽波长范围内的指定的频率处输出与稳频激光或者光钟具有相同相干性和频率稳定度的光波。

本发明目的实现由以下技术方案完成：