一種由摻鉺鎖模光纖激光器獲取光梳的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公布一種由摻鉺鎖模光纖激光器獲取光梳的方法，該方法通過將摻鉺鎖模光纖激光器產(chǎn)生的光梳的重復(fù)頻率和光梳的一個(gè)模式同時(shí)鎖定在同一原子系統(tǒng)三能級(jí)結(jié)構(gòu)上而獲得具有穩(wěn)定模式的光梳，從而使得頻率源獲取裝置結(jié)構(gòu)緊湊、占的物理空間較小，進(jìn)而滿足諸如光纖通信等應(yīng)用對(duì)頻率源裝置便攜性的要求。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)1510nm到1610nm范圍內(nèi)激光梳狀譜線輸出，該激光的時(shí)域脈沖寬度為150fs，平均功率為40mW；重復(fù)頻率的長(zhǎng)期穩(wěn)定度為3E-12，單個(gè)模式的長(zhǎng)期穩(wěn)定度為7E-12。該指標(biāo)能夠滿足基于光梳的通信需求，在光纖通信領(lǐng)域有極大的應(yīng)用潛力。
【專利說明】一種由摻鉺鎖模光纖激光器獲取光梳的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖激光器、光梳及頻率傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種由摻鉺光纖激光器產(chǎn)生光梳的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于鎖?，F(xiàn)象的光梳已經(jīng)被應(yīng)用在很多領(lǐng)域，尤其是近期在時(shí)間同步、光纖通訊領(lǐng)域受到極大重視。在這些應(yīng)用中，要求光梳梳齒線寬小于ΙΟΟΚΗζ，并且具有足夠的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，因此如何將光梳穩(wěn)定在1520-1605nm是很關(guān)鍵的問題，同時(shí)在技術(shù)上也是很大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有技術(shù)一般是通過f_2f法，首先得到初始頻率偏移值，然后將重復(fù)頻率或者光梳的一個(gè)模式鎖定在非常穩(wěn)定頻率源上。這樣的頻率源包括微波原子鐘和光鐘。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于鎖定指標(biāo)高，缺點(diǎn)在于鎖定部分占的物理空間過大，不能夠滿足便攜要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述問題，本發(fā)明由摻鉺鎖模光纖激光器產(chǎn)生光梳的方法通過將重復(fù)頻率和光梳的一個(gè)模式同時(shí)鎖定在同一原子系統(tǒng)三能級(jí)結(jié)構(gòu)上，使得頻率源獲取裝置占的物理空間較小，進(jìn)而滿足諸如光纖通信等應(yīng)用對(duì)頻率源裝置便攜性的要求。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]一種由摻鉺鎖模光纖激光器獲取光梳的方法，通過將摻鉺鎖模光纖激光器產(chǎn)生的光梳的重復(fù)頻率和光梳的一個(gè)模式同時(shí)鎖定在同一原子系統(tǒng)三能級(jí)結(jié)構(gòu)上而獲得，該原子系統(tǒng)為Λ型原子，具體包括如下步驟:
[0006]I)將摻鉺鎖模光纖激光器產(chǎn)生的光梳的重復(fù)頻率鎖定在Λ型原子相干布居囚禁基態(tài)的超精細(xì)能級(jí)差上，具體為如下過程:
[0007]1.1)通過高精度激光器電流源驅(qū)動(dòng)VCSEL激光器，通過鎖相放大器調(diào)整該激光器產(chǎn)生的光波波長(zhǎng)，將之鎖定在Λ型原子相干布居囚禁現(xiàn)象發(fā)生的吸收譜線上；
[0008]1.2)提取所述摻鉺鎖模激光器重復(fù)頻率的高次諧波，用Bias-T將之與上述高精度激光器電流源的驅(qū)動(dòng)電路耦合，進(jìn)而對(duì)上述VCSEL激光器進(jìn)行調(diào)制；通過PZT調(diào)節(jié)將該高次諧波鎖定在上述原子相干布居囚禁現(xiàn)象超精細(xì)分裂能級(jí)上；
[0009]2)將一根光譜的模式鎖定在Λ型原子飽和吸收譜上，其過程具體如下:
[0010]2.1)通過高穩(wěn)定激光電流源驅(qū)動(dòng)E⑶L激光器，產(chǎn)生一束波寬小于IMHz的中心頻率在Λ型原子飽和吸收譜附近的激光；
[0011]2.2)上述激光通過一個(gè)隔離器分為兩路，其中功率較小的一路通過一個(gè)銣泡，另外一路經(jīng)過兩次反射后從相反方向通過銣泡；通過控制驅(qū)動(dòng)E⑶L激光器的電流源產(chǎn)生的電流大小，使得ECDL激光器穩(wěn)定在所述Λ型原子的飽和吸收譜上；
[0012]2.3)步驟2.2)中穩(wěn)定后的激光光束與經(jīng)過倍頻的摻鉺鎖模激光器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行拍頻，拍頻得到的誤差信號(hào)用來調(diào)節(jié)摻鉺鎖模激光器電流，從而獲得具有穩(wěn)定模式的光梳。[0013]—種摻鉺鎖模光纖激光器產(chǎn)生光梳的裝置,該裝置包括一個(gè)產(chǎn)生光梳的摻鉺鎖模光纖激光器和一個(gè)Λ型原子系統(tǒng)，摻鉺鎖模光纖激光器產(chǎn)生的光梳的重復(fù)頻率鎖定在Λ型原子的相干布居囚禁基態(tài)的超精細(xì)能級(jí)差上，將一根光譜的模式鎖定在Λ型原子的飽和吸收譜上，從而獲得具有穩(wěn)定模式的光梳。
[0014]本發(fā)明由摻鉺鎖模光纖激光器產(chǎn)生光梳的方法為一種結(jié)構(gòu)緊湊的光梳穩(wěn)定系統(tǒng)。該光梳由摻鉺鎖模光纖激光器產(chǎn)生，其波長(zhǎng)范圍是1510-1610nm，該頻段可以廣泛應(yīng)用于光纖通信之中。在本系統(tǒng)中光梳的重復(fù)頻率和光梳模式被同時(shí)鎖定在一個(gè)基于相干布居囚禁現(xiàn)象的Λ型原子振蕩器上。穩(wěn)定后，光梳重復(fù)頻率的長(zhǎng)期穩(wěn)定性達(dá)到3e_12，模式長(zhǎng)期穩(wěn)定性達(dá)到7e_12，該指標(biāo)完全滿足光纖通信的需求。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0016]現(xiàn)有技術(shù)中，光梳穩(wěn)定需要將重復(fù)頻率和模式分別穩(wěn)定在不同的基準(zhǔn)上。這種方法不僅由于所需設(shè)備較多造成實(shí)驗(yàn)所需物理空間大，而且由于系統(tǒng)復(fù)雜引入的電學(xué)噪聲和物理器件相連接造成的噪聲會(huì)造成穩(wěn)定度的損失。本發(fā)明的技術(shù)方案將重復(fù)頻率和模式穩(wěn)定在同一物理系統(tǒng)上，避免了這些問題，相比現(xiàn)有技術(shù)，不僅減少了所占空間，而且減少了系統(tǒng)復(fù)雜度，進(jìn)而減少了鎖定過程中產(chǎn)生的穩(wěn)定度損失。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)1510nm到1610nm范圍內(nèi)激光梳狀譜線輸出，該激光的時(shí)域脈沖寬度為150fs，平均功率為40mW ;重復(fù)頻率的長(zhǎng)期穩(wěn)定度為3E-12，單個(gè)模式的長(zhǎng)期穩(wěn)定度為7E-12。該指標(biāo)能夠滿足基于光梳的通信需求，在光纖通信領(lǐng)域有極大的應(yīng)用潛力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明摻鉺鎖模光纖激光器產(chǎn)生光梳的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0019]通過將摻鉺鎖模光纖激光器產(chǎn)生的光學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率鎖定在了銣原子CPT的超精細(xì)能級(jí)差上，同時(shí)將一根光譜的模式鎖定在該原子的飽和吸收譜上來獲得穩(wěn)定光梳。本發(fā)明的技術(shù)方案將重復(fù)頻率和模式穩(wěn)定在同一物理系統(tǒng)上，減少了裝置所占空間，可滿足便攜要求。
[0020]如圖1所示，利用高精度激光器電流源驅(qū)動(dòng)VCSEL激光器，調(diào)整其產(chǎn)生的光波波長(zhǎng)大約等于Λ型原子相干布居囚禁現(xiàn)象發(fā)生的吸收譜線。同時(shí)提取鎖模激光器重復(fù)頻率的高次諧波，用Bias-T將之與電流源驅(qū)動(dòng)電路耦合，進(jìn)而對(duì)VCSEL進(jìn)行調(diào)制；將VCSEL經(jīng)過調(diào)制后產(chǎn)生的光頻信號(hào)入射到充有緩沖氣體的Λ型原子氣室；穿過Λ型原子氣室后的出射光經(jīng)光電探測(cè)器探測(cè)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；得到的電信號(hào)分為兩路，一路經(jīng)過鎖相放大器將一個(gè)鎖相放大器將光頻Λ型原子相干布居囚禁現(xiàn)象發(fā)生的吸收譜線。其鎖定帶寬為125kHz，增益為10dB。另外一路通過PZT調(diào)節(jié)將鎖模激光器重復(fù)頻率的高次諧波鎖定在等于Λ型原子相干布居囚禁現(xiàn)象超精細(xì)分裂能級(jí)上，其鎖定帶寬為125kHz，增益為20dB。
[0021]在此之后，用高穩(wěn)定的激光電流源驅(qū)動(dòng)E⑶L激光器產(chǎn)生一束波寬小于MHz的中心頻率在Λ型原子飽和吸收譜附近的激光；該激光通過一個(gè)隔離器分為兩路，功率之比為1:19 ;將功率較小的一束光通過Λ型原子氣室,另外一束光經(jīng)過兩次反射后從相反方向通過A型原子氣室；通過光電探測(cè)器，將通過Λ型原子氣室的功率較小的光探測(cè)下來，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；用一個(gè)鎖模激光器用來對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視，利用該電信號(hào)的變化控制驅(qū)動(dòng)激光器的電流源產(chǎn)生的電流大小，進(jìn)而將ECDL激光器穩(wěn)定在Λ型原子飽和吸收譜上；穩(wěn)定后的激光光束與經(jīng)過倍頻的鎖模激光器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行拍頻，拍頻得到的誤差信號(hào)用來調(diào)節(jié)鎖模激光器電流和PZT，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模式的穩(wěn)定。進(jìn)行模式穩(wěn)定所用的伺服環(huán)路由一個(gè)高精度數(shù)字鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)。該鎖相環(huán)的頻率分辨率為10kHz，帶寬為100Hz。
[0022] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了 1510nm到1610nm范圍內(nèi)激光梳狀譜線輸出；該激光的時(shí)域脈沖寬度為150fs，平均功率為40mW ;重復(fù)頻率的長(zhǎng)期穩(wěn)定度為3E-12，單個(gè)模式的長(zhǎng)期穩(wěn)定度為7E-12。該指標(biāo)能夠滿足基于光梳的通信需求，在光纖通信領(lǐng)域有極大的應(yīng)用潛力。
【權(quán)利要求】
1.一種由摻鉺鎖模光纖激光器獲取光梳的方法，其特征是，所述方法通過將由摻鉺鎖模光纖激光器產(chǎn)生光梳的重復(fù)頻率和所述光梳的一個(gè)模式同時(shí)鎖定在同一個(gè)原子系統(tǒng)三能級(jí)結(jié)構(gòu)上來獲得具有穩(wěn)定模式的光梳，包括如下步驟: 1)將摻鉺鎖模光纖激光器產(chǎn)生的光梳的重復(fù)頻率鎖定在Λ型原子相干布居囚禁基態(tài)的超精細(xì)能級(jí)差上，具體為如下過程: 1.1)通過高精度激光器電流源驅(qū)動(dòng)VCSEL激光器，通過鎖相放大器調(diào)整該激光器產(chǎn)生的光波波長(zhǎng)，將之鎖定在Λ型原子相干布居囚禁現(xiàn)象發(fā)生的吸收譜線上； 1.2)提取所述摻鉺鎖模激光器重復(fù)頻率的高次諧波，用Bias-T將之與上述高精度激光器電流源的驅(qū)動(dòng)電路耦合，進(jìn)而對(duì)上述VCSEL激光器進(jìn)行調(diào)制；通過PZT調(diào)節(jié)將該高次諧波鎖定在上述原子相干布居囚禁現(xiàn)象超精細(xì)分裂能級(jí)上； 2)將所述光梳的一個(gè)模式鎖定在Λ型原子飽和吸收譜上，其過程具體如下: 2.1)通過高穩(wěn)定激光電流源驅(qū)動(dòng)E⑶L激光器，產(chǎn)生一束波寬小于IMHz的中心頻率在A型原子飽和吸收譜附近的激光； 2.2)上述激光通過一個(gè)隔離器分為兩路，其中功率較小的一路通過一個(gè)銣泡，另外一路經(jīng)過兩次反射后從相反方向通過銣泡；通過控制驅(qū)動(dòng)ECDL激光器的電流源產(chǎn)生的電流大小，使得ECDL激光器穩(wěn)定在所述Λ型原子的飽和吸收譜上； 2.3)將步驟2.2)中穩(wěn)定后的激光光束與經(jīng)過倍頻的摻鉺鎖模激光器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行拍頻，拍頻得到的誤差信號(hào)用來調(diào)節(jié)摻鉺鎖模激光器電流，從而獲得具有穩(wěn)定模式的光梳。
2.如權(quán)利要求1所述由摻鉺鎖模光纖激光器獲取光梳的方法，其特征是，所述由摻鉺鎖模光纖激光器產(chǎn)生的光梳的波長(zhǎng)范圍為1510-161 Onm。
3.一種由摻鉺鎖模光纖激光器獲取光梳的裝置，其特征是，包括一個(gè)產(chǎn)生光梳的摻鉺鎖模光纖激光器和一個(gè)Λ型原子系統(tǒng)，摻鉺鎖模光纖激光器產(chǎn)生的光梳的重復(fù)頻率鎖定在Λ型原子的相干布居囚禁基態(tài)的超精細(xì)能級(jí)差上，同時(shí)將所述光梳的一根光譜的模式鎖定在Λ型原子的飽和吸收譜上，由此獲得具有穩(wěn)定模式的光梳，使得所述裝置結(jié)構(gòu)緊湊且占用空間小。
【文檔編號(hào)】H01S3/10GK103825168SQ201410069365
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】趙建業(yè), 張瑤林, 侯冬, 李大為 申請(qǐng)人:北京大學(xué)