引用本文:
孟森森,张万鹏,陈星,等. 基于FLOM-PD的集成化光频梳重频锁定技术[J]. 光通信技术,2020,44(11):52-55.
孟森森1,2,张万鹏1,2,陈 星3,4,刘 波1,2,*,林 炜1,2,刘海锋1,2,蔡岳丰1,2
(1.南开大学 电子信息与光学工程学院,天津 300350; 2.南开大学 天津市光电传感器与传感网络技术重点实验室,天津 300350; 3.北京邮电大学 信息光子学与光通信研究院,北京 100876; 4.北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室,北京 100876)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为了将光频梳锁定至原子钟以实现光频梳的高精度稳定,提出了一种集成化重复频率锁定系统方案。利用光纤环路光学-微波鉴相器(FLOM-PD)进行光波和微波之间的直接鉴频鉴相。同时,开发了精密反馈控制模块,阐述了其基本原理,搭建了锁定系统,通过高精度频率计采集锁定后激光器脉冲重复频率数据。实验结果表明:该方案锁定后频率短期稳定度和长期稳定度分别达到8.71×10-12/s、4.95×10-14/1024 s,实现了整个系统的集成化。
关键词:光频梳;光纤环路光学-微波鉴相器;频率锁定
中图分类号:TN914 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)11-0052-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.11.012
0 引言
光频梳又称光学频率梳,具有重复频率高、脉冲宽度窄等优点,研究者们发现其能够简单且有效地桥接微波频率与光学频率。将光学频率梳与原子钟结合,可以提供高精度的时间频率标准。早期的光梳都是基于钛宝石飞秒激光器和全固态激光器搭建而成,这2种激光器光路结构复杂、体积庞大需要专门的散热部件,运行条件严苛且成本较高。考虑到激光器在诸如散热、小型化及应用场景等方面的问题,采用近年来发展比较迅速的飞秒锁模光纤激光器作为光学频率梳,可以极大地缩小系统的体积,提高系统的便携灵活性及应用场景适用范围。性能优良的激光频率梳,其重复频率锁定尤为重要。重复频率主要与激光器的几何腔长和腔内折射率有关,常用的方法是通过控制压电陶瓷(PZT)制动器伸缩量来调整激光器几何腔长,或者通过电光调制器改变光的折射率从而改变光程,实现重复频率锁定。另外,也可以通过电控偏振控制器或抽运功率调制非线性折射率来实现重复频率锁定。然而,无论采用哪种方法,都无法避开鉴频、鉴相环节,如何高效、快速和准确地提取误差信号成为了制约锁定精度和稳定度的关键因素。目前,已报道的频率锁定研究大多是通过锁相环中电学鉴相器实现待测信号与参考信号的比较。但是,该方法在鉴相前要先通过光电探测器将光信号转化为电信号,然后输入电学鉴相器进行处理,不仅需要高性能的光/电转换仪器,而且也带来了不可消除的转换噪音,增加了系统体积,加大了系统的复杂度,影响了误差信号的提取精度,最终影响系统的锁定结果。
鉴于此,本文基于光纤环路光学-微波鉴相器(FLOM-PD)提出一种集成化重复频率锁定方案。
3 结束语
本文针对飞秒锁模激光器光学频率梳的重复频率锁定,介绍了光学-微波鉴相原理,并基于FLOM-PD设计了集成化重频锁定系统,实现了将锁模激光器的脉冲重复频率锁定至铷原子钟,并对锁定后的信号与微波源信号进行对比,对采集到的重复频率及微波源信号进行Allan方差分析。实验结果表明:锁定后重复频率与频率源参考信号的稳定度在同一量级,锁定效果优良。