宽带可调谐电光频率梳产生装置

本公开涉及光学频率梳，尤其涉及一种宽带可调谐电光频率梳产生装置。

背景技术：

1、光学频率梳是一种特殊的光源，频谱由大量等间距的离散频率分量组成。光频梳就像光的“尺子”，能够使人们精准确定光的频率，可以作为精确的光谱标尺进行激光测距。光频梳有许多具有诱人前景的应用，比如作为宽带多波长激光源、超短脉冲生成、任意波形生成和光频率参考。一般来说，为了达到这些目的，高相干性、高稳定性、低噪声、大带宽等都是很关键的因素。为了实现这些性能，许多科研工作者提出了多种产生光学频率梳的方案，如利用微腔的克尔效应、锁模光纤激光器等，但是这些方案存在相位噪声高或不可调谐、带宽窄等缺点。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、为解决现有技术中光学频率梳所出现的上述技术问题至少之一，本公开的实施例提供了一种宽带可调谐低噪声电光频率梳产生装置，用于产生大带宽、可调谐、稳定度高、相位噪声低的光频梳。

3、(二)技术方案

4、本公开的实施例提供了一种宽带可调谐电光频率梳产生装置，用于产生大带宽、可调谐、稳定度高、相位噪声低的光频梳，其中，包括可调谐窄线宽激光器、第一偏振控制器、偏振调制器、第二偏振控制器、电光相位调制器、光放大器、高非线性光波导、光学滤波腔、分光耦合器、“f-2f”单元、信号发生器、微波功率分配器、移相器、第一宽带微波功率放大器、微波倍频器和第二宽带微波功率放大器。

5、其中，所述可调谐窄线宽激光器产生稳定的波长范围可调谐的连续光，所述波长范围可调谐的连续光依次经过所述第一偏振控制器、所述偏振调制器、所述第二偏振控制器、所述电光相位调制器、所述光放大器、所述高非线性光波导、所述光学滤波腔和所述分光耦合器，被所述分光耦合器分为第一光束和第二光束，其中，所述第一光束直接输出，所述第二光束经过所述“f-2f”单元，所述“f-2f”单元将所述第二光束由光信号转变为电信号，并将所述电信号反馈至所述信号发生器。

6、其中，所述信号发生器产生微波信号，所述微波功率分配器将所述微波信号分为第一微波信号和第二微波信号，所述第一微波信号依次经过所述移相器和所述第一宽带微波功率放大器后输入所述偏振调制器，所述第二微波信号依次经过所述微波倍频器和所述第二宽带微波功率放大器后输入所述电光相位调制器，所述“f-2f”单元用于实现f-2f自参考。

7、所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器对所述波长范围可调谐的连续光的偏振态进行调节；所述偏振调制器和所述电光相位调制器对所述波长范围可调谐的连续光调制产生电光频率梳；所述高非线性光波导用于将所述波长范围可调谐的连续光的频谱拓宽，使频谱拓宽至一个倍频程；以及所述光学滤波腔用于滤波并降低相位噪声。

8、可选地，所述可调谐窄线宽激光器包括可调谐波长形式的半导体激光器和可调谐波长形式的光纤激光器中的一种。

9、可选地，所述可调谐窄线宽激光器包含预稳频单元，所述预稳频单元用于对所述波长范围可调谐的连续光预稳频。

10、可选地，所述电光相位调制器包括铌酸锂相位调制器。

11、可选地，所述可调谐窄线宽激光器输出的所述波长范围可调谐的连续光，其光偏振方向为任意方向。

12、可选地，所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器将光偏振方向调节至调制效率最佳的光偏振方向。

13、可选地，所述信号发生器包括微波信号发生器和高速脉冲信号发生器中的一种。

14、可选地，所述高非线性光波导包括光子晶体光纤、微结构光纤和熔融拉锥的单模光纤中的一种。

15、可选地，所述光放大器包括掺铒光纤放大器和半导体光放大器中的一种。

16、可选地，所述“f-2f”单元包括：分光耦合器、第一带通滤光片、第二带通滤光片、延时光路、倍频晶体、第一偏振分光镜、半波片、第二偏振分光镜和光电探测器。

17、其中，所述分光耦合器用于将所述第二光束分为第三光束和第四光束；

18、所述第三光束依次经过所述第一带通滤光片和所述延时光路，所述延时光路用于将所述第三光束进行延时；

19、所述第四光束依次经过所述第二带通滤光片和所述倍频晶体，所述倍频晶体用于将所述第四光束进行倍频；

20、所述第三光束与所述第四光束在所述第一偏振分光镜处达到时间上的重合；

21、所述半波片数量为一个或多个，用于调节经过所述第一偏振分光镜的光束的偏振方向；

22、所述第二偏振分光镜用于将经过所述半波片的光束拍频，得到载波包络偏移频率信号；以及

23、所述光电探测器用于将所述第二偏振分光镜输出的所述载波包络偏移频率信号转换成所述电信号，并将所述电信号反馈至所述信号发生器。

24、可选地，所述延时光路包括延时光纤。

25、可选地，所述光电探测器包括雪崩光电二极管。

26、(三)有益效果

27、本公开的实施例提供了一种宽带可调谐低噪声电光频率梳产生装置，用于对可调谐窄线宽激光器进行电光调制，实现中心波长可调谐的精细光梳输出，其中，采用偏振调制器和相位调制器，引入了更多的自由度对光频梳的形状进行控制；利用微波信号发生器的频率精确可调节的特性，实现了梳齿间隔频率的精确任意调节；采用正弦信号及其倍频信号分别驱动级联的两个调制器，拓宽了梳齿带宽，实现了平坦度的提升；采用高非线性光波导对频谱进行展宽，使频谱达到一个倍频程；采用光学滤波腔对产生的光频梳信号进行滤波，降低了相位噪声；采用“f-2f”单元测量载波包络偏移频率并结合反馈电路对正弦信号进行调节，改善光频梳的稳定性。相较于现有的电光调制法的光频梳产生装置，本公开涉及的宽带可调谐低噪声电光频率梳产生装置兼备大带宽、可调谐、稳定度高、相位噪声低等优点。

技术特征：

1.一种宽带可调谐电光频率梳产生装置，其中，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可调谐窄线宽激光器包括可调谐波长形式的半导体激光器和可调谐波长形式的光纤激光器中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述可调谐窄线宽激光器包含预稳频单元，所述预稳频单元用于对所述所述波长范围可调谐的连续光预稳频。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述电光相位调制器包括铌酸锂相位调制器。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其中：

6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述信号发生器包括微波信号发生器和高速脉冲信号发生器中的一种。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述高非线性光波导包括光子晶体光纤、微结构光纤和熔融拉锥的单模光纤中的一种。

8.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述光放大器包括掺铒光纤放大器和半导体光放大器中的一种。

9.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述“f-2f”单元包括：

10.根据权利要求9所述的装置，其中：

技术总结提供了一种宽带可调谐低噪声电光频率梳产生装置。所述装置使用中心波长可调谐且线宽为kHz级别的超窄线宽激光器，并将产生的激光传输至偏振控制器中，随后进入偏振调制器及级联的电光调制器，使用正弦射频信号对偏振调制器进行调制，级联的电光调制器采用上一级射频信号经过倍频后的信号驱动，产生宽带、平坦度高的光频梳。通过“f‑2f’单元对产生的光频梳进行拍频，并将拍频后得到的信号通过反馈电路对调制信号进行调节，最终得到大带宽可调谐的电光频率梳。本公开能够实现梳齿频率间隔的宽范围调节，产生的光频梳中心波长稳定可调谐，具有谱线范围宽、梳齿数目多、梳距精确、相位噪声低等特点。技术研发人员：林玮,刘宇,曹克奇,张心研,王健,陈佳,李明,祝宁华受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/12