基于欠采样的激光频率锁定至光频梳方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107240854A(43)申请公布日2017.10.10(21)申请号201710550686.5(22)申请日2017.07.07(71)申请人浙江理工大学地址310018浙江省杭州市江干经济开发区2号大街928号(72)发明人谢建东严利平陈本永(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人林超(51)Int.Cl.H01S3/13(2006.01)H01S5/068(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称基于欠采样的激光频率锁定至光频梳方法及装置(57)摘要本发明公开了一种基于欠采样的激光频率锁定至光频梳方法及装置。将待稳频激光和光频梳的激光合光后处理得到探测信号，通过滤波器去除光频梳的梳齿之间的模间自拍频信号，然后对保留的拍频信号进行欠采样采集为数字信号，欠采样过程中各个拍频信号频谱将反折或折叠到第一奈奎斯特区，将各个拍频信号叠加获得总拍频信号，通过锁相放大器获得总拍频信号和参考正弦信号之间的相位误差信号，通过数字PID运算后获得频率反馈控制信号，用频率反馈控制信号对待稳频激光器的输出频率进行调整实现偏频锁定。本发明解决了激光器锁定至光频梳技术中拍频信号信噪比难以提高的问题，提高了激光频率稳定度，可以广泛适用于激光精密计量领域。CN107240854ACN107240854A权利要求书1/3页1.一种基于欠采样的激光频率锁定至光频梳方法，其特征在于：1)将待稳频激光和光频梳的激光合光后处理得到探测信号，拍频信号包括光频梳的梳齿之间的模间自拍频信号以及待稳频激光与光频梳的相邻梳齿之间的拍频信号；2)通过滤波器去除光频梳的梳齿之间的模间自拍频信号，然后对保留的拍频信号进行欠采样采集为数字信号，其中欠采样的采样频率与光频梳的重复频率相同且溯源至同一原子时钟；3)根据信号频谱对待稳频激光与光频梳的相邻梳齿之间的各个拍频信号按照待稳频激光和梳齿之间的相邻程度进行排序编号，从最相邻的梳齿开始从数字0开始用阿拉伯数字编号，并按梳齿在待稳频激光的左右侧位置将编号分为正负号，在待稳频激光左侧的梳齿对应的拍频信号编为正号，在待稳频激光右侧的梳齿对应的拍频信号编为负号，与待稳频激光频率左侧最接近的梳齿对应的拍频信号编为零；4)由欠采样获得的数字信号进行求解获得待稳频激光与光频梳的相邻梳齿之间的各个拍频信号；5)将各个拍频信号叠加获得总拍频信号，公式如下：其中，j表示拍频信号的编号，-4～4表示拍频信号的编号的范围，A[j]表示编号j的拍频信号的幅值，Ts表示欠采样的采样周期，k表示离散的时间序号，Fsample(fb[j])表示欠采样的频谱转换函数；6)通过锁相放大器获得总拍频信号和参考正弦信号之间的相位误差信号，参考正弦信号是由直接数字频率合成器产生的正弦信号，通过数字PID运算后获得激光频率反馈控制信号，用激光频率反馈控制信号对待稳频激光器的输出频率进行调整实现偏频锁定。2.根据权利要求1所述的一种基于欠采样的激光频率锁定至光频梳方法，其特征在于：所述步骤3)获得的各个拍频信号均可表示为xb[j](t)＝A[j]sin(2πfb[j]t)，各个拍频信号的拍频频率均可表示为fb[j]＝|j|·fr+s(j)·fb，其中，A[j]表示编号j的拍频信号的幅值，t表示时间，j表示拍频信号的编号，具体实施中取9个相邻梳齿，j＝-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4，s(j)为符号函数，当j≥0时s(j)＝1，当j<0时s(j)＝-1，fr表示光频梳的重复频率，fb表示偏差频率，偏差频率是指待稳频激光与待锁定的梳齿之间的频率差。3.根据权利要求1所述的一种基于欠采样的激光频率锁定至光频梳方法，其特征在于：所述步骤4)具体为：欠采样后，将各个拍频信号的频谱转换到第一奈奎斯特区，并使得转换后各拍频信号的频率均等于fb，求解获得各个拍频信号：Fsample(fb[j])＝fb其中，Fsample(fb[j])表示欠采样的频谱转换函数，fb表示偏差频率，fb[j]表示编j的拍频信号的频率；欠采样的频谱转换函数Fsample(fb[j])表示为以下公式：2CN107240854A权利要求书2/3页其中，fb[j]表示采样前的模拟信号的频率，fs表示欠采样的采样频率。4.根据权利要求1所述的一种基于欠采样的激光频率锁定至光频梳方法，其特征在于：所述的相邻梳齿是指梳齿频率和待稳频激光频率之间的频差在1.2Ghz以内的梳齿。5.用于实施权利要求1-4任一所述方法的一种基于欠采样的激光频率锁定至光频梳的装置，其特征在于：包括飞秒光频梳(1)、可调谐激光器(2)、光纤分配器(3)、偏振控制器(4)、波长计(5)、光纤耦合器(6)、光电探测器(7)