一种光频梳相位锁定方法与流程

1.本发明属于光频梳技术领域，具体涉及一种光频梳相位锁定方法。


背景技术：

2.光频梳是指在频谱上由一系列均匀间隔且具有相干稳定相位关系的频率分量组成的光谱，频率稳定的光频梳具有相当重要且广泛的应用，例如在光学原子钟、光学频率测量、光梳光谱、天文光谱刻度等。
3.而现有技术中对于光频梳频率锁定是将光频梳中的特定梳齿与超稳连续激光拍频并进行相位锁定，但光频梳的梳齿数量非常大，且光电探测器所能承受的入射光功率非常受限，因此，在相位锁定时，光频梳的单个梳齿功率及其微弱，通常小于1微瓦，导致光频梳与超稳连续激光的拍频信号强度非常小，信噪比严重不足，进而使得相位锁定带宽过小，稳定性不足，抗干扰性差。
4.因此，如何提高光频梳相位锁定的稳定性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了提高光频梳相位锁定的稳定性，提出了一种光频梳相位锁定方法。
6.本发明的技术方案为：一种光频梳相位锁定方法，包括以下步骤：
7.s1、通过连续激光器将连续激光注入至增益开关半导体激光器得到中继光频梳；
8.s2、通过所述中继光频梳与待锁光频梳拍频进行相位锁定。
9.进一步地，所述步骤s1具体包括以下分步骤：
10.s11、获取所述待锁光频梳的重复频率射频信号；
11.s12、基于所述重复频率射频信号对所述增益开关半导体激光器的驱动电流进行调制，以使增益开关半导体激光器中增益开关运转的重复频率与所述重复频率射频信号一致；
12.s13、基于连续激光器和激光环行器将预设量的光注入至增益开关半导体激光器中，并在连续激光器和增益开关半导体激光器的最邻近频率梳齿的频率差在注入锁定范围内，获取所述中继光频梳。
13.进一步地，所述步骤s11具体包括以下分步骤：
14.s111、通过第一光电探测器探测所述待锁光频梳的光信号并转化为电信号；
15.s112、基于所述电信号和第一滤波放大器确定所述重复频率射频信号。
16.进一步地，所述步骤s2还包括基于预设时间间隔同时对所述待锁光频梳和增益开关半导体激光器进行频率调整，以使所述中继光频梳和所述待锁光频梳保持锁定。
17.进一步地，基于预设时间间隔对待锁光频梳进行频率调整具体包括以下步骤：
18.s211、在所述预设时间间隔到达时，通过拍频器获取所述中继光频梳与待锁光频
梳的拍频信号；
19.s212、将所述拍频信号与预设频率的射频信号源进行混频并滤波之后得到第一误差信号；
20.s213、通过第一伺服控制器处理所述第一误差信号并调制所述待锁光频梳。
21.进一步地，基于预设时间间隔对增益开关半导体激光器进行频率调整具体包括以下步骤：
22.s221、在预设时间间隔到达时，通过第二光电探测器和第二滤波放大器获取所述增益开关半导体激光器的重复频率信号；
23.s222、基于所述重复频率信号和待锁光频梳的重复频率射频信号确定出第二误差信号；
24.s223、通过第二伺服控制器处理所述第二误差信号并调制所述增益开关半导体激光器。
25.进一步地，所述步骤s2还包括以下分步骤：
26.s231、通过移相器调节所述中继光频梳和待锁光频梳之间的时延。
27.与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
28.(1)本发明通过连续激光器将连续激光注入至增益开关半导体激光器得到中继光频梳；通过所述中继光频梳与待锁光频梳拍频进行相位锁定，其中，获取所述待锁光频梳的重复频率射频信号；基于所述重复频率射频信号对所述增益开关半导体激光器的驱动电流进行调制，以使增益开关半导体激光器中增益开关运转的重复频率与所述重复频率射频信号一致；基于连续激光器和激光环行器将预设量的光注入至增益开关半导体激光器中，并在连续激光器和增益开关半导体激光器的最邻近频率梳齿的频率差在注入锁定范围内，获取所述中继光频梳，利用一个与连续光相干且与待锁光频梳的重复频率相同的中继光频梳，与待锁光频梳拍频，提高拍频信号强度与信噪比，并进而锁定待锁光频梳的相位。
29.(2)本技术中中继光频梳和待锁光频梳的拍频信号强度和信噪比高，极大地提高了光频梳相位锁定的稳定性。
附图说明
30.图1所示为本发明实施例提供的光频梳相位锁定方法的流程示意图；
31.图2所示为本发明实施例提供的光频梳相位锁定方法的原理示意图。
具体实施方式
32.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
33.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
34.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
35.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
36.本技术提出了一种光频梳相位锁定方法，如图1所示为本技术实施例提出的一种光频梳相位锁定方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：
37.步骤s1、通过连续激光器将连续激光注入至增益开关半导体激光器得到中继光频梳。
38.在本技术实施例中，所述步骤s1具体包括以下分步骤：
39.s11、获取所述待锁光频梳的重复频率射频信号；
40.s12、基于所述重复频率射频信号对所述增益开关半导体激光器的驱动电流进行调制，以使增益开关半导体激光器中增益开关运转的重复频率与所述重复频率射频信号一致；
41.s13、基于连续激光器和激光环行器将预设量的光注入至增益开关半导体激光器中，并在连续激光器和增益开关半导体激光器的最邻近频率梳齿的频率差在注入锁定范围内，获取所述中继光频梳。
42.在本技术实施例中，所述步骤s11具体包括以下分步骤：
43.s111、通过第一光电探测器探测所述待锁光频梳的光信号并转化为电信号；
44.s112、基于所述电信号和第一滤波放大器确定所述重复频率射频信号。
45.在具体应用场景中，连续激光器的频率稳定性非常高，用于光学注入，增益开关半导体激光器中增益开关的实现是通过第一光电探测器探测待锁光频梳的光信号，并将其转化为电信号，再通过第一滤波放大器得到高纯度的重复频率射频信号，该射频信号作为调制信号对增益开关半导体激光器的驱动电流进行深度调制，从而获得重复频率与待锁光频梳重复频率相同的增益开关运转。
46.连续激光器发出的连续激光会通过激光环行器将预设量的光注入增益开关半导体激光器中，当连续激光器与增益开关半导体激光器的最邻近频率梳齿的频率差在注入锁定范围内时，两个激光器的相位会保持非常高的相干性。
47.需要说明的是，上述中连续激光器和增益开关半导体激光器仅是本技术中一种具体实现方式，本领域技术人员可根据实际情况灵活选择其他激光器，这并不影响本技术的保护范围。
48.步骤s2、通过所述中继光频梳与待锁光频梳拍频进行相位锁定。
49.在本技术实施例中，所述步骤s2还包括基于预设时间间隔同时对所述待锁光频梳和增益开关半导体激光器进行频率调整，以使所述中继光频梳和所述待锁光频梳保持锁定。
50.在本技术实施例中，基于预设时间间隔对待锁光频梳进行频率调整具体包括以下步骤：
51.s211、在所述预设时间间隔到达时，通过拍频器获取所述中继光频梳与待锁光频梳的拍频信号；
52.s212、将所述拍频信号与预设频率的射频信号源进行混频并滤波之后得到第一误差信号；
53.s213、通过第一伺服控制器处理所述第一误差信号并调制所述待锁光频梳。
54.在本技术实施例中，基于预设时间间隔对增益开关半导体激光器进行频率调整具体包括以下步骤：
55.s221、在预设时间间隔到达时，通过第二光电探测器和第二滤波放大器获取所述增益开关半导体激光器的重复频率信号；
56.s222、基于所述重复频率信号和待锁光频梳的重复频率射频信号确定出第二误差信号；
57.s223、通过第二伺服控制器处理所述第二误差信号并调制所述增益开关半导体激光器
58.由于增益开关半导体激光器在温度等环境因素影响下，在足够长时间后会使得连续激光器与增益开关半导体激光器的最邻近频率梳齿的频率差飘移至注入锁定范围之外，从而使增益开关半导体激光器的相位失锁。为了防止这种情况发生，设置一个预设时间间隔，每隔一个预设时间间隔便对增益开关半导体激光器和待锁光频梳进行调制，对增益开关半导体激光器的调制是通过第二光电探测器和第二滤波放大器获取增益开关半导体激光器的重复频率信号，将其与待锁光频梳的重复频率信号混频且低通滤波后得到第二误差信号，并将该第二误差信号通过第二伺服控制器反馈调制增益开关半导体激光器。当增益开关半导体激光器的重复频率信号与待锁光频梳的重复频率射信号相位锁定时，可以保证增益开关半导体激光器处于光学注入锁定状态。
59.对待锁光频梳的调制是通过拍频器获取所述中继光频梳与待锁光频梳的拍频信号，将该拍频信号与一个预设频率的频率稳定的射频信号源进行混频，通过低通滤波之后得到第一误差信号，由第一伺服控制器处理并反馈至待锁光频梳，从而实现将待锁光频梳的相位锁定于中继光频梳。
60.具体的，本发明的主要思路可如图2所示，首先基于连续激光获取一个中继光频梳，然后通过该中继光频梳来与待锁光频梳进行相位锁定，避免像传统相位锁定一样，直接通过连续激光与待锁光频梳进行相位锁定，极大地提升了相位锁定带宽、稳定性和抗干扰性。
61.在本技术实施例中，所述步骤s2还包括以下分步骤：
62.s231、通过移相器调节所述中继光频梳和待锁光频梳之间的时延。
63.在本技术实施例中，所述中继光频梳与待锁光频梳的拍频信号是通过拍频器获取。
64.中继光频梳与待锁光频梳的拍频信号由拍频器获取。另外，由于中继光频梳和待锁光频梳都是脉冲激光，脉冲光之间可能存在一定时延，为了消除该时延，在第一滤波放大器和增益开关半导体激光器之间还有一个移相器，即通过电流调制的相位来调节脉冲之间
的时延。
65.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。