基于注入種子光的光學(xué)微腔光頻梳產(chǎn)生裝置及產(chǎn)生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成光學(xué)及非線性光學(xué)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于注入種子光的光學(xué)微腔光頻梳產(chǎn)生裝置及產(chǎn)生方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光頻梳是一些離散的、等間距頻率的像梳子一樣的形狀的光譜，廣泛用于精密測(cè)量。基于光學(xué)微腔的光頻梳技術(shù)拓展了傳統(tǒng)光頻梳技術(shù)的應(yīng)用范圍，在精密頻率標(biāo)定、片上多波長(zhǎng)光源和光孤子傳輸、存儲(chǔ)等器件的應(yīng)用方面有較高優(yōu)勢(shì)，能夠降低激光器的數(shù)量，改善傳輸信號(hào)信噪比，以及作為動(dòng)態(tài)緩存等。
[0003]傳統(tǒng)的光頻梳技術(shù)依賴于鎖模激光器，激光器的腔長(zhǎng)一般較長(zhǎng)，故生成的梳齒之間的間隔非常窄，通常小于1GHz。而基于非線性光學(xué)微腔的光頻梳技術(shù)可以很好的補(bǔ)充傳統(tǒng)光頻梳技術(shù)的不足。與此同時(shí)，光學(xué)微腔具有器件尺寸小、功率消耗低、響應(yīng)速度快、且制作工藝簡(jiǎn)單成熟等特點(diǎn)，很好的滿足了全光非線性器件的發(fā)展方向。一束泵浦光注入微腔，當(dāng)泵浦光的波長(zhǎng)和微腔的諧振波長(zhǎng)相近且功率超過閾值，會(huì)在腔內(nèi)形成回音壁模式，使得光強(qiáng)場(chǎng)相干疊加，形成高能量密度，激發(fā)介質(zhì)的非線性效應(yīng)，并與色散特性共同作用通過四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生一些新的頻率成分，使得泵浦光的頻譜得到有效展寬，形成梳齒狀頻譜。各梳齒間的間隔正好等于微腔的自由頻譜范圍(Free Spectral Range，F(xiàn)SR)。
[0004]光學(xué)微腔光頻梳的產(chǎn)生是一單頻的泵浦光進(jìn)入光學(xué)微腔，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。第一級(jí)光頻梳的產(chǎn)生基于光學(xué)微腔的調(diào)制不穩(wěn)定性，是由非線性和色散效應(yīng)之間的相互作用導(dǎo)致的對(duì)穩(wěn)態(tài)的調(diào)制，這種調(diào)制不穩(wěn)定性表現(xiàn)為將連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)的輻射分裂成一列超短脈沖，頻域表現(xiàn)為頻譜的展寬。只有當(dāng)泵浦光的功率超過閾值才能產(chǎn)生光頻梳，而閾值功率由光學(xué)微腔的性能決定，通常需要較高的泵浦功率，不利于光學(xué)微腔光頻梳的產(chǎn)生。且第一級(jí)光頻梳的位置由光學(xué)微腔的性能和泵浦光功率決定，缺乏主動(dòng)的優(yōu)化機(jī)制，不能實(shí)現(xiàn)梳齒間隔可控。
[0005]基于注入種子光的光學(xué)微腔光頻梳，可以降低光頻梳產(chǎn)生的閾值，提高相干性，并實(shí)現(xiàn)梳齒間隔可控。目前種子光的產(chǎn)生有兩種方法，分別是泵浦光電光調(diào)制邊帶和梳齒反饋。電光調(diào)制產(chǎn)生的邊帶之間的頻率間隔受限于射頻信號(hào)，通常為幾十GHz，且高階邊帶的功率通常很低，使該方法僅限于FSR為幾十GHz的光學(xué)微腔，對(duì)光學(xué)微腔的FSR容忍度低。而梳齒反饋?zhàn)鳛榉N子光，由于相鄰圈的光場(chǎng)一直在變化，不利于光頻梳的穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于注入種子光的光學(xué)微腔光頻梳產(chǎn)生裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中單一泵浦產(chǎn)生光頻梳的梳齒間隔不可控的問題。
[0007]本發(fā)明提供了一種基于注入種子光的光學(xué)微腔光頻梳產(chǎn)生裝置，包括泵浦激光、第一光放大器、第一分束器、光纖環(huán)、光濾波器、合束器和光學(xué)微腔；所述第一放大器的輸入端連接所述泵浦激光，所述第一分束器的輸入端連接至所述第一放大器的輸出端；所述光纖環(huán)的一端連接至所述第一分束器的第二輸出端，所述光濾波器的輸入端連接至所述光纖環(huán)的另一端，所述合束器的第一輸入端連接至所述第一分束器的第一輸出端，所述合束器的第二輸入端連接至所述光濾波器的輸出端，所述光學(xué)微腔的輸入端連接至所述合束器的輸出端；所述泵浦激光的輸出經(jīng)過所述第一光放大器放大后被所述第一分束器分成兩部分，一部分成為泵浦光；另一部分依次經(jīng)過所述光纖環(huán)和所述光濾波器后成為種子光，所述泵浦光和所述種子光經(jīng)過所述合束器后注入光學(xué)微腔中，產(chǎn)生梳齒間隔可控的光頻梳。
[0008]更進(jìn)一步地，所述光纖環(huán)包括第二光放大器和單邊帶調(diào)制器；所述單邊帶調(diào)制器的第一輸入端作為所述光纖環(huán)的一端，所述第二光放大器的輸入端連接至所述單邊帶調(diào)制器的輸出端，所述第二光放大器的輸出端作為所述光纖環(huán)的另一端，所述單邊帶調(diào)制器的第二輸入端用于接收外部的射頻信號(hào)。
[0009]更進(jìn)一步地，所述單邊帶調(diào)制器用于產(chǎn)生一個(gè)頻率可控的調(diào)制邊帶。
[0010]更進(jìn)一步地，所述單邊帶調(diào)制器包括第二分束器、移相器和IQ調(diào)制器；所述第二分束器的輸入端作為所述單邊帶調(diào)制器的第二輸入端，所述移相器的輸入端連接至所述第二分束器的第二輸出端，所述IQ調(diào)制器的第一輸入端連接至所述第二分束器的第一輸出端，所述IQ調(diào)制器的第二輸入端連接至所述移相器的輸出端，所述IQ調(diào)制器的第三輸入端作為所述單邊帶調(diào)制器的第一輸入端，所述IQ調(diào)制器的輸出端作為所述單邊帶調(diào)制器的輸出端。
[0011]更進(jìn)一步地，所述光濾波器用于使得除泵浦激光波長(zhǎng)以外的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)透過。
[0012]更進(jìn)一步地，所述光纖環(huán)用于產(chǎn)生多個(gè)等間距的頻率分量，頻率間隔等于所述射頻信號(hào)的調(diào)制頻率。
[0013]更進(jìn)一步地，通過調(diào)整光濾波器的中心波長(zhǎng)，改變種子光和泵浦光之間的距離，實(shí)現(xiàn)梳齒間隔可控的光頻梳輸出。
[0014]本發(fā)明中，增加了一路種子光信號(hào)，種子光通過泵浦光的單邊帶調(diào)制產(chǎn)生，同時(shí)還解決了電光調(diào)制邊帶作為種子光對(duì)光學(xué)微腔FSR容忍度低、頻譜反饋產(chǎn)生種子光的方法很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的光頻梳輸出的問題。
[0015]本發(fā)明還提供了一種基于注入種子光的光學(xué)微腔光頻梳產(chǎn)生方法，包括下述步驟:
[0016](I)將放大后的泵浦激光分成兩部分，一部分成為泵浦光；另一部分經(jīng)過調(diào)制后產(chǎn)生多個(gè)等間距的頻率分量，再經(jīng)過光濾波器后成為種子光；
[0017](2)所述泵浦光和所述種子光經(jīng)過合束后注入光學(xué)微腔中，產(chǎn)生梳齒間隔可控的光頻梳。
[0018]更進(jìn)一步地，所述頻率分量的頻率間隔等于射頻信號(hào)調(diào)制頻率。
[0019]更進(jìn)一步地，通過調(diào)整光濾波器的中心波長(zhǎng)，改變種子光和泵浦光之間的距離，實(shí)現(xiàn)梳齒間隔可控的光頻梳輸出。
[0020]本發(fā)明增加了一路種子光信號(hào)，能夠?qū)鈱W(xué)微腔光頻梳產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行干預(yù)，最終影響光頻梳的產(chǎn)生效果。選擇泵浦光之外的一個(gè)或多個(gè)梳齒作為種子光和泵浦一起注入光學(xué)微腔，能比較容易產(chǎn)生光頻梳，并且產(chǎn)生光頻梳的梳齒間隔可控。與基于梳齒反饋調(diào)控的光學(xué)微腔光頻梳產(chǎn)生系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)光頻梳的穩(wěn)定，得到梳齒間隔可控的光頻梳。與基于泵浦光的電光調(diào)制邊帶作為種子光相比，該系統(tǒng)產(chǎn)生的種子光的波長(zhǎng)和功率可調(diào)范圍增大，增加了對(duì)光學(xué)微腔FSR的容忍度。該系統(tǒng)能產(chǎn)生穩(wěn)定的光頻梳、提高相干性、實(shí)現(xiàn)梳齒間隔可控，并改善對(duì)光學(xué)微腔FSR的容忍度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可重復(fù)性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0021]圖1是一種基于注入種子光的光學(xué)微腔光頻梳產(chǎn)生系統(tǒng)的示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例，其中，有可調(diào)單頻諧激光器201、高功率光放大器202、分束器203、單邊帶調(diào)制器204、光放大器205、光濾波器206、合束器207、光學(xué)微腔208、輸出端 209。
[0023]圖3是單邊帶調(diào)制方法的示意圖。
[0024]圖4是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的仿真光譜圖。
[0025]圖5是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的仿真光譜圖。種子光位于距離泵浦光為I XFSR、3XFSR、5XFSR時(shí)的光頻梳譜線，分別對(duì)應(yīng)圖(a)、(b)、(c);其中，橫坐標(biāo)表示模式數(shù)，縱坐標(biāo)表示頻譜功率。
[0026]圖6是本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的仿真光譜圖，其中，橫坐標(biāo)表示模式數(shù)，縱坐標(biāo)表示頻譜功率。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0028]本發(fā)明提供了一種高性能易實(shí)現(xiàn)的基于注入種子光的光學(xué)微腔光頻梳產(chǎn)生系統(tǒng)，能較易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的光頻梳、提高相干性、實(shí)現(xiàn)梳齒間隔可控，并改善對(duì)光學(xué)微腔FSR的容忍度。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例提供的基于注入種子光的光學(xué)微腔光頻梳產(chǎn)生裝置包括:泵浦激光1、第一光放大器2、第一分束器3、單邊帶調(diào)制器5、第二光放大器4、光濾波器6、合束器7、光學(xué)微腔8。其中泵浦激光I的輸出經(jīng)過第一光放大器2后由第一分束器3分成兩部分，一部分成為泵浦光經(jīng)過合束器7直接進(jìn)入光學(xué)微腔8，令一部分經(jīng)過由單邊帶調(diào)制器5和第二光放大器4組成的的光纖環(huán)和光濾波器6后成為種子光，再經(jīng)過合束器與泵浦光一起注入光學(xué)微腔8中。
[0030]泵浦激光I是激光光源，激光光源按其激活物質(zhì)分類，包括固體激光、氣體激光、液體激光和半導(dǎo)體激光。泵浦激光I通常是單一頻率的高相干光，激發(fā)光學(xué)微腔8的非線性過程。
[0031]第一光放大器2和第二光放大器4的結(jié)構(gòu)相同，可以為光纖放大器、固體光放大器或半導(dǎo)體光放大器。第一分束器3和合束器7結(jié)構(gòu)相同，可以是光纖耦合器、集成波導(dǎo)耦合器、光學(xué)分光片、波分復(fù)用器、帶通光濾波器或光上下路復(fù)用器。
[0032]如圖3所示，單邊帶調(diào)制器5包括第二分束器51、移相器52和IQ調(diào)制器53 ;第二分束器51的輸入端作為單邊帶調(diào)制器5的第二輸入端，移相器52的輸入端連接至第二分束器51的第二輸出端，IQ調(diào)制器53的第一輸入端連接至第二分束器51的第一輸出端，IQ調(diào)制器53的第二輸入端連接至所述移相器52的輸出端，IQ