CN106197691A - 一种超短脉冲载波包络相位的探测装置及探测方法 - Google Patents
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Abstract
一种超短脉冲载波包络相位的探测装置，包括依次光路连接的重复频率锁定的超短脉冲激光器、迈克尔逊干涉仪、光学分束器和与该光学分束器具有的第一输出端相连的第一光学滤波器、第一光电探测器、倍数是(p‑1)倍的第一电学倍频单元和与该光学分束器具有的第二输出端相连的第二光学滤波器、第二光电探测器、倍数是p倍的第二电学倍频单元以及与第一电学倍频单元、第二电学倍频单元的输出端连接的电学混频滤波单元，采用时域延时和频域选择的方式，有效利用迈克尔逊干涉仪相干探测一定延时的前后脉冲再经过频域选择两个不同频率窗口，提取出表征载波包络相位抖动的信号，通过电学倍频及混频过程实现超短脉冲激光器载波包络相位信号的测量。
Description
技术领域
本发明属于光电探测技术范畴，具体涉及一种超短脉冲载波包络相位的探测装置及方法。
背景技术
光学频率梳产生和控制技术作为近年来科研领域的前沿课题，通过对超短脉冲的重复频率和载波包络相位进行主动控制，获得频率模式完全稳定的梳状频率标准，具有精度高、范围宽的特点，在精密光谱，激光测距，时钟传递，天文比对等应用场合带来突破性的精度提升。
超短脉冲的重复频率可以用带宽满足要求的光电探测器直接测量，其控制技术目前也非常成熟，通过压电陶瓷或者全光式的方式，均可实现高精度的重复频率控制。现阶段，光学频率梳的技术难点集中在超短脉冲载波包络相位的测量和控制上，常用的探测载波包络相位的方式是自参考的f-2f方法，该方法需要先将超短脉冲功率放大，再进行超连续谱展宽到其倍频层，同时将超短脉冲倍频，再将展宽后的脉冲和倍频后的脉冲拍频，获得载波包络相位信号。由于超短脉冲在功率放大、超连续谱展宽、自参考拍频过程中，受到各种非线性效应和探测过程中的外界环境的影响等，难以避免的会引入相位噪声，影响载波包络相位信号的准确性，导致光梳的控制精度受到限制。
因此，现有的基于超短脉冲功率放大、超连续谱展宽和光学二倍频的自参考f-2f方式探测***引入的相位噪声大，探测方式复杂，载波包络相位精度受限，限制了光学频率梳作为高精度频率标准在实验室之外测量的应用。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种超短脉冲载波包络相位的探测装置及探测方法，采用时域延时和频域选择的方式，提取出表征载波包络相位抖动的信号，避免了传统载波包络相位测量方式中超短脉冲超连续谱展宽、光学二倍频等光学过程，降低探测噪声，简化探测方式，提高探测精度。
一种超短脉冲载波包络相位的探测装置，其特征在于：包括依次光路连接的重复频率锁定的超短脉冲激光器、迈克尔逊干涉仪、光学分束器和与该光学分束器具有的第一输出端相连的第一光学滤波器、第一光电探测器、倍数是(p-1)倍的第一电学倍频单元和与该光学分束器具有的第二输出端相连的第二光学滤波器、第二光电探测器、倍数是p倍的第二电学倍频单元以及与第一电学倍频单元、第二电学倍频单元的输出端连接的电学混频滤波单元，其中，迈克尔逊干涉仪包括带驱动的驱动频率为fa的声光调制器，p为大于等于2的整数。
本发明提供的超短脉冲载波包络相位的探测装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：重复频率锁定的超短脉冲激光器包括超短脉冲激光器和重复频率锁定模块，超短脉冲激光器中包含有能改变腔长的元器件，重复频率锁定模块包括依次连接的光电探测器、信号发生器、混频器、误差信号滤波单元以及放大器，光电探测器用于测量出超短脉冲激光器的重复频率，信号发生器用于发出标准信号，混频器用于得到误差信号，误差信号滤波单元和放大器用于对误差信号进行滤波和放大，该经过滤波和放大的误差信号用于驱动超短脉冲激光器内部的能改变腔长的元器件来锁定超短脉冲激光器的重复频率。
本发明提供的超短脉冲载波包络相位的探测装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，能改变腔长的元器件包括粘在压电陶瓷上的腔镜、光纤、光学延时线以及带泵浦的掺杂光纤。
本发明提供的超短脉冲载波包络相位的探测装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，迈克尔逊干涉仪还包括分束片或光纤耦合器、第一法拉第反射镜、第二法拉第反射镜以及延时晶体或者延时光纤，分束片或光纤耦合器用于将重复频率锁定的超短脉冲激光器发出的重复频率锁定的超短脉冲按1:1的功率比分成两束光：一束光直接经过第一法拉第反射镜反射，回到分束片或光纤耦合器；另一束光先经过延时晶体或者延时光纤后再经过声光调制器，最后经过第二法拉第反射镜反射后再次依次经过声光调制器、延时晶体或者延时光纤后返回到分束片或光纤耦合器，两束反射光在分束片或光纤耦合器上合成一束后输出到光学分束器。
本发明提供的超短脉冲载波包络相位的探测装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，光学分束器是分光比为1:1的半透半反镜片或者光纤耦合器。
本发明提供的超短脉冲载波包络相位的探测装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：的第一光学滤波器和第二光学滤波器是通光波长互不相同的窄带滤波镜片或者光纤光栅或者光纤滤波器，该第一光学滤波器和第二光学滤波器用于隔绝特定波长以为波长的激光而仅允许特定波长的激光通过。
本发明提供的超短脉冲载波包络相位的探测装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，的第一光电探测器和第二光电探测器是带宽大于2fa且波长响应范围包含超短脉冲激光器输出波长的光电探测器。
本发明提供的超短脉冲载波包络相位的探测装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，p的取值范围为2-20的整数。
本发明还提供一种使用上述的超短脉冲载波包络相位的探测装置来探测超短脉冲的载波包络相位信号的探测方法，其特征在于包括以下操作：
操作一，将重复频率锁定的超短脉冲激光器在特定的光学频率1和光学频率2处的光频表示为：ngfr+f0，mgfr+f0，其中，fr是超短脉冲的重复频率，f0是超短脉冲的载波包络相位偏移频率，n和m分别是在光学频率1和光学频率2处的频率序数，n和m均为正整数；
操作二，迈克尔逊干涉仪输出的超短脉冲经过光学分束器后被分成功率1:1两束光：一束光经过第一光学滤波器，光频被选择，然后入射到第一光电探测器，此时该探测器探测到的拍频信号为：f1＝2fa+V(ngfr+f0+2fa)；另一束光经过第二光学滤波器，光频被选择，然后入射到第二光电探测器，此时该探测器探测到的拍频信号为：f2＝2fa+V(mgfr+f0+2fa)，其中g为朗德因子，V(ngfr+f0+2fa)表示(ngfr+f0+2fa)信号的抖动，V(mgfr+f0+2fa)表示(mgfr+f0+2fa)信号的抖动；
操作三，拍频信号f1经过(p-1)倍的电学倍频，拍频信号f2经过p倍的电学倍频，两个倍频后的信号耦合到电学混频滤波单元，通过滤波选择pgf2-(p-1)gf1＝2fa+Vf0+2Vfa+V[(pgm-pgn+n)gfr]的信号，则信号2fa+Vf0即2V是超短脉冲的载波包络相位信号。
发明作用与效果
根据本发明提供的超短脉冲载波包络相位的探测装置，由于完全不需要对超短脉冲进行功率放大、超连续谱展宽和光学二倍频这些操作，因此避免了上述光学过程中引入的相位噪声，从而提高了载波包络相位探测的精度。
另外，由于采用迈克尔逊干涉仪作为时域延时装置，直接测量前后相隔一定时间脉冲序列的载波包络相位抖动，***装置更加简单，探测稳定性更高。
另外，由于采用频域选择的方式，在两个不同的频率窗口相干探测脉冲的拍频信号，通过灵活选择频率间隔和窗口大小，能降低频域噪声，提高探测灵敏度。
进一步地，由于本发明电路处理部分仅对入射信号进行倍频和混频操作，属于非常成熟的电路处理技术，引入的电子线路噪声低；在迈克尔逊干涉仪中加入带驱动的声光调制器，将拍频信号的中心频率偏移到声光调制器的中心频率，能有效抑制零频附近的低频噪声。
更进一步地，本发明使用的基于重复频率锁定的超短脉冲激光器，已经排除了重复频率对超短脉冲载波包络相位的影响，因此探测到的载波包络相位信号更准确。
附图说明
图1是本发明提供的超短脉冲载波包络相位的探测装置的原理示意图；
图2本发明实施例一的空间结构的超短脉冲载波包络相位的探测装置的结构示意图；
图3本发明实施例二的光纤结构的超短脉冲载波包络相位的探测装置的结构示意图；以及
图4本发明实施例三的反馈式高精度的超短脉冲载波包络相位的探测装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的超短脉冲载波包络相位的探测装置的原理步骤以及结构、使用效果作具体阐述。
图1是本发明提供的超短脉冲载波包络相位的探测装置的原理示意图。
如图1所示，超短脉冲载波包络相位的探测装置包括依次光路连接的重复频率锁定的超短脉冲激光器10、迈克尔逊干涉仪20、光学分束器30和与该光学分束器10具有的第一输出端相连的第一光学滤波器41、第一光电探测器42、倍数是(p-1)倍的第一电学倍频单元43和与该光学分束器30具有的第二输出端相连的第二光学滤波器51、第二光电探测器52、倍数是p倍的第二电学倍频单元53以及与第一电学倍频单元43、第二电学倍频单元53的输出端连接的电学混频滤波单元60，
超短脉冲激光器10的重复频率已经锁定，可以通过带宽满足要求的光电探测器直接测量出超短脉冲的重复频率，然后与标准频率信号比较，经过混频、低通滤波提取出误差信号，再将误差信号比例放大，积分微分处理后驱动超短脉冲激光器10内部的可移动器件，如粘在压电陶瓷上的镜片或者光纤，均可实现锁定。上述重复频率的锁定技术为本领域的常用公开技术，重复频率锁定的超短脉冲激光器是本发明的初始光源模块，该光源在特定的光学频率1和光学频率2处的光频可以表示为：ngfr+f0，mgfr+f0，其中，fr是超短脉冲的重复频率，f0是超短脉冲的载波包络相位偏移频率，n和m分别是在频率1和频率2处的频率序数，均为正整数。
超短脉冲激光器10的输出脉冲，耦合到迈克尔逊干涉仪20，迈克尔逊干涉仪20包括分光器件，两个法拉第旋转反射镜，延时晶体或者延时光纤，和一个带驱动的声光调制器，驱动频率为fa。超短脉冲首先入射到干涉仪的分光器件，被分成两束光，一路光经过第一个法拉第旋转反射镜反射，回到干涉仪的分光器件上；另一路光首先第一次经过延时晶体或者延时光纤，再第一次经过带驱动的声光调制器，然后经过第二个法拉第旋转反射镜反射，再第二次经过带驱动声光调制器，第二次经过延时晶体或者延时光纤，回到干涉仪的分光器件上。两束光在干涉仪的分光器件上发生相干干涉，合成一束光，从迈克尔逊干涉仪的分光器件上输出。
迈克尔逊干涉仪20输出后的超短脉冲经过光学分束器30，按照功率1:1分成两束光，一束光经过第一光学滤波器41，光频被选择，然后入射到第一光电探测器42，此时该探测器探测到的拍频信号为：f1＝2fa+V(ngfr+f0+2fa)；另一束光经过第二光学滤波器51，光频被选择，然后入射到第二光电探测器52，此时该探测器探测到的拍频信号为：f2＝2fa+V(mgfr+f0+2fa)。拍频信号f1经过(p-1)倍的电学倍频，p为2-20的正整数，拍频信号f2经过p倍的电学倍频，两个倍频后的信号耦合到电学混频滤波器，通过滤波选择pgf2-(p-1)gf1＝2fa+Vf0+2Vfa+V[(pgm-pgn+n)gfr]的信号。上述滤波选择的信号中，fa是声光调制器的驱动频率，来自于标准信号，因此Vfa等效于标准信号的抖动，可忽略不计；V[(pgm-pgn+n)gfr]是重复频率抖动整数倍的抖动，由于重复频率已经锁定，其抖动相对f0的抖动来说很小，也可以忽略不计，因此最终得到的信号中有效成分仅为中心频率在2fa，抖动与Vf0一致的信号即2fa+Vf0，该信号就是超短脉冲的载波包络相位信号。
实施例一
图2本实施例一的空间结构的超短脉冲载波包络相位的探测装置的结构示意图。
下面结合图2来说明本实施例的空间结构的超短脉冲载波包络相位的探测装置的具体结构。
空间结构的超短脉冲载波包络相位的探测装置包括一个重复频率锁定的超短脉冲激光器1、一个空间结构的迈克尔逊干涉仪2、一个光学分束器3、第一光学滤波器4-1、第二光学滤波器4-2、第一光电探测器5-1、第二光电探测器5-2、倍数是2倍的第一电学倍频单元6-1，倍数是3倍的第二电学倍频单元6-2、电学混频滤波单元7。
超短脉冲激光器选择中心波长1040nm，光谱范围1030到1050nm，重复频率60MHz的掺镱光纤激光器，其重复频率已经锁定，通过带宽满足要求的光电探测器直接测量出超短脉冲的重复频率，然后与标准60MHz频率的信号比较，经过混频、低通滤波提取出误差信号，再将误差信号比例放大，积分微分处理后驱动超短脉冲激光器内部的粘在压电陶瓷上的镜片实现锁定。上述重复频率的锁定技术为本领域的常用公开技术，重复频率锁定的超短脉冲激光器是本发明的初始光源模块，该光源在特定的光学频率1，对应光学波长1035nm和光学频率2，对应光学波长1045nm处的光频可以表示为：ngfr+f0，mgfr+f0，其中，fr是超短脉冲的重复频率，f0是超短脉冲的载波包络相位偏移频率，n和m分别是在频率1，波长1035nm和频率2，波长1045nm处的频率序数，均为正整数。
超短脉冲激光器的输出脉冲，耦合到迈克尔逊干涉仪2，迈克尔逊干涉仪2包括分束镜2-1，两个法拉第旋转反射镜2-2和2-5，延时晶体2-3，和一个带驱动的声光调制器2-4，驱动频率为fa＝80MHz。超短脉冲首先入射到干涉仪的分束镜，被分成两束光，一路光经过第一个法拉第旋转反射镜2-2反射，回到干涉仪的分束镜2-1；另一路光首先第一次经过延时晶体2-3，再第一次经过带驱动的声光调制器2-4，然后经过第二个法拉第旋转反射镜2-5反射，再第二次经过带驱动声光调制器2-4，第二次经过延时晶体2-3，回到干涉仪的分束镜2-1上。两束光在干涉仪的分束镜2-1上发生相干干涉，合成一束光，从迈克尔逊干涉仪的分束镜2-1上输出。
迈克尔逊干涉仪2输出后的超短脉冲经过光学分束器3，按照功率1:1分成两束光，一束光经过光学滤波器4-1，滤波器的中心波长为1035nm，带宽2nm，光频被选择，然后入射到光电探测器5-1，此时探测器探测到的拍频信号为：f1＝2fa+V(ngfr+f0+2fa)；另一束光经过光学滤波器4-2，滤波器的中心波长为1045nm，带宽2nm，光频被选择，然后入射到光电探测器5-2，此时探测器探测到的拍频信号为：f2＝2fa+V(mgfr+f0+2fa)。拍频信号f1经过2倍的电学倍频，拍频信号f2经过3倍的电学倍频，两个倍频后的信号耦合到电学混频滤波器，通过滤波选择3f2-2f1＝2fa+Vf0+2Vfa+V[(3m-2n)fr]的信号。上述信号中，fa是声光调制器的驱动频率，来自于标准信号，因此Vfa等效于标准信号的抖动，可忽略不计；V[(3m-2n)gfr]是重复频率抖动整数倍的抖动，由于重复频率已经锁定，其抖动相对f0的抖动来说很小，也可以忽略不计，因此最终得到的信号中有效成分仅为中心频率在2fa，抖动与Vf0一致的信号，该信号2fa+Vf0就是超短脉冲的载波包络相位信号。
实施例的作用与效果
根据本实施例提供的空间结构的超短脉冲载波包络相位的探测装置，在各个光学器件之间是之间通过空气来传播激光信号的，这样的设置，方便了各个光路器件位置设置，同时由于不使用别的光学器件来连接，减少了成本和器件本身对信号的干扰。
实施例二
图3本实施例二的光纤结构的超短脉冲载波包络相位的探测装置的结构示意图。
下面结合图3来说明本实施例的光纤结构的超短脉冲载波包络相位的探测装置的具体结构。
光纤结构的超短脉冲载波包络相位的探测装置包括一个重复频率锁定的超短脉冲激光器1、一个全光纤结构的迈克尔逊干涉仪2、一个光学分束器3、第一光学滤波器4-1、第二光学滤波器4-2、第一光电探测器5-1、第二光电探测器5-2、倍数是2倍的电学倍频单元6、电学混频滤波单元7。
超短脉冲激光器1选择中心波长1550nm，光谱范围1530到1570nm，重复频率80MHz的掺铒光纤激光器，其重复频率已经锁定，通过带宽满足要求的光电探测器直接测量出超短脉冲的重复频率，然后与标准80MHz频率的信号比较，经过混频、低通滤波提取出误差信号，再将误差信号比例放大，积分微分处理后驱动超短脉冲激光器内部的粘在压电陶瓷上的镜片实现锁定。上述重复频率的锁定技术为本领域的常用公开技术，重复频率锁定的超短脉冲激光器是本发明的初始光源模块，该光源在特定的光学频率1，对应光学波长1540nm和光学频率2，对应光学波长1560nm处的光频可以表示为：ngfr+f0，mgfr+f0，其中，fr是超短脉冲的重复频率，f0是超短脉冲的载波包络相位偏移频率，n和m分别是在频率1，波长1540nm和频率2，波长1560nm处的频率序数，均为正整数。
超短脉冲激光器的输出脉冲，耦合到迈克尔逊干涉仪，迈克尔逊干涉仪包括耦合比为1:1的光纤耦合器2-1，两个光纤式法拉第旋转反射镜2-2和2-5，延时光纤2-3，和一个带驱动的光纤式声光调制器2-4，驱动频率为fa＝60MHz。超短脉冲首先入射到干涉仪的光纤耦合器2-1，被分成两束光，一路光经过第一个光纤式法拉第旋转反射镜2-2反射，回到干涉仪的光纤耦合器2-1；另一路光首先第一次经过延时光纤2-3，再第一次经过带驱动的光纤式声光调制器2-4，然后经过第二个光纤式法拉第旋转反射镜2-5反射，再第二次经过带驱动光纤式声光调制器2-4，第二次经过延时光纤2-3，回到干涉仪光纤耦合器2-1上。两束光在干涉仪的光纤耦合器2-1上发生相干干涉，合成一束光，从迈克尔逊干涉仪的光纤耦合器2-1上输出。
迈克尔逊干涉仪输出后的超短脉冲经过光学耦合器3，按照功率1:1分成两束光，一束光经过光学滤波器4-1，滤波器的中心波长为1540nm，带宽1nm，光频被选择，然后入射到光电探测器5-1，此时探测器探测到的拍频信号为：f1＝2fa+V(ngfr+f0+2fa)；另一束光经过光学滤波器4-2，滤波器的中心波长为1560nm，带宽1nm，光频被选择，然后入射到光电探测器5-2，此时探测器探测到的拍频信号为：f2＝2fa+V(mgfr+f0+2fa)。拍频信号f1不经过倍频，相当于经过0倍的电学倍频，拍频信号f2经过2倍的电学倍频，两个倍频后的信号耦合到电学混频滤波器，通过滤波选择2f2-f1＝2fa+Vf0+2Vfa+V[(2m-n)fr]的信号。上述信号中，fa是声光调制器的驱动频率，来自于标准信号，因此Δfa等效于标准信号的抖动，可忽略；V[(2m-n)gfr]是重复频率抖动整数倍的抖动，由于重复频率已经锁定，其抖动相对f0的抖动来说很小，可以忽略，因此最终得到的信号中有效成分仅为中心频率在2fa，抖动与Vf0一致的信号，该信号2fa+Vf0就是超短脉冲的载波包络相位信号。
实施例的作用与效果
根据本实施例提供的光纤结构的超短脉冲载波包络相位的探测装置，由于使用光纤将各个光线器件连接起来，这样的设置使得光的传播在光纤中进行，减少了外界环境中温度，湿度和物理振动对测量过程中光信号的影响，进一步提高了测量的精准度，同时选用技术成熟成本较低的光纤作为传输器件，更容易实现。
实施例三
图4本发明实施例三的反馈式高精度的超短脉冲载波包络相位的探测装置的结构示意图。
下面结合图4来说明本实施例的反馈式高精度的超短脉冲载波包络相位的探测装置的具体结构。
反馈式高精度的超短脉冲载波包络相位的探测装置包括一个重复频率锁定的超短脉冲激光器1、一个全光纤结构的迈克尔逊干涉仪2、一个光学分束器3、第一光学滤波器4-1、第二光学滤波器4-2、第一光电探测器5-1、第二光电探测器5-2、倍数是2倍的电学倍频单元6、第一电学混频滤波单元7、第二电学混频滤波单元8。
超短脉冲激光器选择中心波长1550nm，光谱范围1530到1570nm，重复频率80MHz的掺铒光纤激光器，其重复频率已经锁定，通过带宽满足要求的光电探测器直接测量出超短脉冲的重复频率，然后与标准80MHz频率的信号比较，经过混频、低通滤波提取出误差信号，再将误差信号比例放大，积分微分处理后驱动超短脉冲激光器内部的粘在压电陶瓷上的镜片实现锁定。上述重复频率的锁定技术为本领域的常用公开技术，重复频率锁定的超短脉冲激光器是本发明的初始光源模块，该光源在特定的光学频率1，对应光学波长1540nm和光学频率2，对应光学波长1560nm处的光频可以表示为：ngfr+f0，mgfr+f0，其中，fr是超短脉冲的重复频率，f0是超短脉冲的载波包络相位偏移频率，n和m分别是在频率1，波长1540nm和频率2，波长1560nm处的频率序数，均为正整数。
超短脉冲激光器的输出脉冲，耦合到迈克尔逊干涉仪，迈克尔逊干涉仪包括耦合比为1:1的光纤耦合器2-1，两个光纤式法拉第旋转反射镜2-2和2-5，延时光纤2-3，和一个带驱动的光纤式声光调制器2-4，驱动频率为fa＝60MHz。超短脉冲首先入射到干涉仪的光纤耦合器2-1，被分成两束光，一路光经过第一个光纤式法拉第旋转反射镜2-2反射，回到干涉仪的光纤耦合器2-1；另一路光首先第一次经过延时光纤2-3，再第一次经过带驱动的光纤式声光调制器2-4，然后经过第二个光纤式法拉第旋转反射镜2-5反射，再第二次经过带驱动光纤式声光调制器2-4，第二次经过延时光纤2-3，回到干涉仪光纤耦合器2-1上。两束光在干涉仪的光纤耦合器2-1上发生相干干涉，合成一束光，从迈克尔逊干涉仪的光纤耦合器2-1上输出。
迈克尔逊干涉仪输出后的超短脉冲经过光学耦合器3，按照功率1:1分成两束光，一束光经过光学滤波器4-1，滤波器的中心波长为1540nm，带宽1nm，光频被选择，然后入射到光电探测器5-1，此时探测器探测到的拍频信号为：f1＝2fa+V(ngfr+f0+2fa)；另一束光经过光学滤波器4-2，滤波器的中心波长为1560nm，带宽1nm，光频被选择，然后入射到光电探测器5-2，此时探测器探测到的拍频信号为：f2＝2fa+V(mgfr+f0+2fa)。拍频信号f1不经过倍频，相当于经过1倍的电学倍频，拍频信号f2经过2倍的电学倍频，两个倍频后的信号耦合到电学混频滤波器，通过滤波选择2f2-f1＝2fa+Vf0+2Vfa+V[(2m-n)fr]的信号。上述信号中，fa是声光调制器的驱动频率，来自于标准信号，因此Δfa等效于标准信号的抖动，可忽略；V[(2m-n)gfr]是重复频率抖动整数倍的抖动，由于重复频率已经锁定，其抖动相对f0的抖动来说很小，可以忽略，因此最终得到的信号中有效成分仅为中心频率在2fa，抖动与Vf0一致的信号，该信号2fa+Vf0就是超短脉冲的载波包络相位信号。
同时，从光电探测器5-1的输出电信号和光电探测器5-2的输出电信号各中分出一路，直接输入到电学混频滤波单元8，此时，两个信号的差值信号为：f2-f1＝(m-n)Vfr，该信号为超短脉冲激光器重复频率的抖动信号，可以直接作为激光器重复频率控制的误差信号，耦合到超短脉冲激光器重复频率控制模块，进一步提高重复频率的控制进度，进而得到精度更高的载波包络相位测量结果。
实施例的作用与效果
根据本实施例提供的反馈式高精度超短脉冲载波包络相位的探测装置，由于设置有光信号反馈路线，这样的设置可以实现自动调整，即进一步的提高了探测的精度。
Claims (9)
1.一种超短脉冲载波包络相位的探测装置，其特征在于：
包括依次光路连接的重复频率锁定的超短脉冲激光器、迈克尔逊干涉仪、光学分束器和
与该光学分束器具有的第一输出端相连的第一光学滤波器、第一光电探测器、倍数是(p-1)倍的第一电学倍频单元，和
与该光学分束器具有的第二输出端相连的第二光学滤波器、第二光电探测器、倍数是p倍的第二电学倍频单元，以及
与所述第一电学倍频单元、所述第二电学倍频单元的输出端连接的电学混频滤波单元，
其中，所述迈克尔逊干涉仪包括带驱动的驱动频率为fa的声光调制器，p为大于等于2的整数。
2.根据权利要求1所述的超短脉冲载波包络相位的探测装置，其特征在于：
所述重复频率锁定的超短脉冲激光器包括超短脉冲激光器和重复频率锁定模块，
所述超短脉冲激光器中包含有能改变腔长的元器件，
所述重复频率锁定模块包括依次连接的光电探测器、信号发生器、混频器、误差信号滤波单元以及放大器，所述光电探测器用于测量出所述超短脉冲激光器的重复频率，所述信号发生器用于发出标准信号，所述混频器用于得到误差信号，所述误差信号滤波单元和放大器用于对所述误差信号进行滤波和放大，该经过滤波和放大的误差信号用于驱动所述超短脉冲激光器内部的所述能改变腔长的元器件来锁定所述超短脉冲激光器的重复频率。
3.根据权利要求2所述的超短脉冲载波包络相位的探测装置，其特征在于：
其中，所述能改变腔长的元器件包括粘在压电陶瓷上的腔镜、光纤、光学延时线以及带泵浦的掺杂光纤。
4.根据权利要求1所述的超短脉冲载波包络相位探测装置，其特征在于：
其中，所述迈克尔逊干涉仪还包括分束片或光纤耦合器、第一法拉第反射镜、第二法拉第反射镜以及延时晶体或者延时光纤，
所述分束片或光纤耦合器用于将所述重复频率锁定的超短脉冲激光器发出的重复频率锁定的超短脉冲按1:1的功率比分成两束光：一束光直接经过所述第一法拉第反射镜反射，回到所述分束片或光纤耦合器；另一束光先经过所述延时晶体或者延时光纤后再经过所述声光调制器，最后经过所述第二法拉第反射镜反射后再次依次经过所述声光调制器、所述延时晶体或者所述延时光纤后返回到所述分束片或光纤耦合器，两束反射光在所述分束片或光纤耦合器上合成一束后输出到所述光学分束器。
5.根据权利要求1所述的超短脉冲载波包络相位的探测装置，其特征在于：
其中，所述光学分束器是分光比为1:1的半透半反镜片或者光纤耦合器。
6.根据权利要求1所述的超短脉冲载波包络相位的探测装置，其特征在于：
所述的第一光学滤波器和第二光学滤波器是通光波长互不相同的窄带滤波镜片或者光纤光栅或者光纤滤波器，该第一光学滤波器和第二光学滤波器用于隔绝特定波长以为波长的激光而仅允许特定波长的激光通过。
7.根据权利要求1所述的超短脉冲载波包络相位的探测装置，其特征在于：
其中，所述的第一光电探测器和第二光电探测器是带宽大于2fa且波长响应范围包含所述超短脉冲激光器输出波长的光电探测器。
8.根据权利要求1所述的超短脉冲载波包络相位探的测装置，其特征在于：
其中，p的取值范围为2-20的整数。
9.一种使用权利要求1-8中任意一项所述的超短脉冲载波包络相位探测装置来探测超短脉冲的载波包络相位信号的探测方法，其特征在于包括以下操作：
操作一，将所述重复频率锁定的超短脉冲激光器在特定的光学频率1和光学频率2处的光频表示为：ngfr+f0，mgfr+f0，其中，fr是超短脉冲的重复频率，f0是超短脉冲的载波包络相位偏移频率，n和m分别是在光学频率1和光学频率2处的频率序数，n和m均为正整数；
操作二，所述迈克尔逊干涉仪输出的超短脉冲经过所述光学分束器后被分成功率1:1两束光：一束光经过所述第一光学滤波器，光频被选择，然后入射到所述第一光电探测器，此时该探测器探测到的拍频信号为：f1＝2fa+V(ngfr+f0+2fa)；另一束光经过所述第二光学滤波器，光频被选择，然后入射到所述第二光电探测器，此时该探测器探测到的拍频信号为：f2＝2fa+V(mgfr+f0+2fa)，其中g为朗德因子，V(ngfr+f0+2fa)表示(ngfr+f0+2fa)信号的抖动，V(mgfr+f0+2fa)表示(mgfr+f0+2fa)信号的抖动；
操作三，拍频信号f1经过(p-1)倍的电学倍频，拍频信号f2经过p倍的电学倍频，两个倍频后的信号耦合到所述电学混频滤波单元，通过滤波选择pgf2-(p-1)gf1＝2fa+V f0+2V fa+V[(pgm-pgn+n)gfr]的信号，则信号2fa+V f0即是超短脉冲的载波包络相位信号。
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